JP2011121770A

JP2011121770A - ロボットシステム及び物品加工方法並びに工業製品の製造方法

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Publication number: JP2011121770A
Application number: JP2009282900A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Harada; 敏行原田; Yusuke Hirano; 祐輔平野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-23
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: JP5365495B2

Abstract

【課題】より少ないコストでロボットを用いた加工作業を行なうことができるようにした、ロボットシステム及び工業製品の製造方法を提供する。
【解決手段】付着材が付着した対象物を保持する保持機構１８を装着したマニピュレータ１０１と、マニピュレータ１０１の動作を制御するコントローラ１０１Ａと、マニピュレータの近傍に配設され対象物の付着材を保持する付着材剥離ユニット１０４と、を有し、コントローラ１０１Ａは、保持機構１８により保持された対象物の付着材を付着材剥離ユニット１０４に所定の進入角度で進入させて対象物と付着材とを剥離させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットを用いたロボットシステム及び物品加工方法並びにこれを用いた工業製品の製造方法に関する。

従来、人によってなされていた種々の作業をロボットに行なわせることで、生産工程や搬送工程等の無人化または省人化を図ることが求められている。
例えば、特許文献１には、双腕ロボットをセル生産方式の製品生産に用いる技術が開示されている。
人手によってなされていた作業をロボットに行なわせることにより生産工程や搬送工程等の無人化または省人化を図ることができることに加えて、ロボットは専用の加工機等と比較して汎用性が大きく小ロットでも多様な作業を行なわせることができるという利点もある。このため、ロボットを用いてより多様な作業を行なえるようにすることが求められている。

特開２００９−１９６０４０号公報

ところで、物体の表面を覆うシート類（例えば、シール等）を物体から剥がすといった加工作業をロボットによって自動化させることが求められている。
かかる繊細な作業を人手に換わってロボットにおこなわせるためには、特許文献１の技術のように圧力センサや力覚センサ等を設け、センサ類からの出力に応じてロボットの動作を微細に制御することが考えられる。ところが、センサ類を付加する分だけロボットのコストが増大したり、ロボットの動作制御がより複雑になるという課題がある。
また、ロボットのコストが増大することが、生産工程や搬送工程の自動化を阻害する一因となっており、ロボットに付加するセンサ類等をできる限り少なくしながらも、より多様な作業を行なえるようにすることが求められている。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、より少ないコストでロボットを用いた加工作業を行なうことができるようにした、ロボットシステム及び物品加工方法並びに工業製品の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成した。
本願発明にかかるロボットシステムは、付着材が付着した対象物を保持する保持機構を装着したマニピュレータと、マニピュレータの動作を制御するコントローラと、マニピュレータの近傍に配設され対象物の付着材を保持する付着材剥離ユニットと、を有し、コントローラは、保持機構により保持された対象物の付着材を付着材剥離ユニットに所定の進入角度で進入させて対象物と付着材とを剥離させることを特徴としている。
また、付着材剥離ユニットは、尖鋭部を有する針ユニットと、を有し、コントローラは、保持機構により保持された対象物の付着材を針ユニットの尖鋭部に対して予め設定された所定の進入角度で進入させて対象物と付着材とを剥離させることが好ましい。

また、コントローラは、保持機構により保持された対象物の付着材を尖鋭部に進入させた後、保持機構を後退させて対象物と付着材とを剥離させることが好ましい。
また、針ユニットは、尖鋭部に隣接して配設された保持ユニットを有し、保持ユニットは、保持機構により保持された対象物の付着材を尖鋭部に進入されると対象物を保持すべく動作することが好ましい。

また、対象物は、粘着部と粘着部を覆う付着材とを有しており、マニピュレータは、対象物と付着材とを剥離させた後、対象物を被貼付物に貼り付けることが好ましい。
また、マニピュレータには、保持機構と、被貼付物を保持する第２保持機構とを有するハンド部材が取り付けられていることが好ましい。

さらに、本願発明にかかるロボットシステムは、対象物を1つずつ供給する対象物フィーダと、被貼付物をストックする被貼付物ストッカと、被貼付物を仮置き載置する仮置き台と、複数の被貼付物を収納するケースと、を有しマニピュレータは、被貼付物ストッカから被貼付物を取り出して仮置き台に載置し、対象物ストッカの対象物を保持機構により保持し、対象物と付着材とを剥離させた後、対象物を仮置き台に載置された被貼付物に貼り付け、対象物を貼り付けた被貼付物をケース内に並列させることも好ましい。

本願発明にかかる物品加工方法は、マニピュレータを用いて対象物を被貼付物に貼り付ける方法であって、付着材が付着した対象物を保持機構により保持するステップと、保持機構により保持された対象物の付着材をマニピュレータの近傍に配設された付着材剥離ユニットに予め設定された所定の進入角度で進入させて対象物と付着材とを剥離させるステップと、付着材が剥離された対象物を被貼付物に貼り付けるステップと、を有していることを特徴としている。
本願発明にかかる工業製品の製造方法は、マニピュレータを用いて工業製品を製造する方法であって、付着材が付着した対象物を保持機構により保持するステップと、保持機構により保持された対象物の付着材をマニピュレータの近傍に配設された付着材剥離ユニットに予め設定された所定の進入角度で進入させて対象物と付着材とを剥離させるステップと、を有していることを特徴としている。

本願発明によれば、力センサや視覚センサ等を用いた精密なマニピュレータの動作制御を行なうことなく、対象物から付着材を剥離することができる。これにより、ロボットシステムをより低コストで構成することができる上、センシング時間やコントローラによる演算処理時間がないため作業速度を向上することができる。

本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を模式的に示す平面図本発明の一実施形態にかかるロボットの構成を模式的に示す側面図図２のＸ矢視図本発明の一実施形態にかかるの構成を模式的に示す側面図本発明の一実施形態にかかる針ユニットの要部を模式的に示す側面図本発明の一実施形態にかかる針部材を模式的に示す上面図本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するためのフローチャート本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するための模式的な側面図本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するための模式的な側面図本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するための模式的な側面図本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するための模式的な側面図本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を説明するための模式的な側面図本発明の一実施形態にかかるケースの要部を模式的に示す上面図

以下、実施形態について図を参照して説明する。
（全体構成）
図１に示すように本実施形態にかかるロボットシステム１００は、ロボット（マニピュレータ）１０１，ワークストッカ（被貼付物ストッカ）１０２，貼付材フィーダ（対象物フィーダ）１０３，針ユニット（付着材剥離ユニット）１０４，仮置き台１０５及びケース１０６を有し、箱状のワークＷ（被貼付物）に貼付材Ｓ（対象物）を貼り付けた後、生産される製品のケース１０６の内部にワークＷを整列させるセル生産システムとして構成されている。

（マニピュレータの構成）
ロボット１０１は、図２に示すようにフロア（ここでは設置面を指し床や壁、天井でもよい）に固定された基台１０と、基台１０からロボット１０１の先端にかけて順々にアーム構造材（第１構造材）１１，アーム構造材（第２構造材）１２，アーム構造材（第３構造材）１３，アーム構造材（第４構造材）１４，アーム構造材（第５構造材）１５，アーム構造材（第６構造材）１６，フランジ（第７構造材）１７が回転関節（第１〜７関節）を介して連結されている。そしてフランジ１７にはハンド機構１８が取り付けられている。

より詳細に説明すると、基台１０とアーム構造材１１とは、第１アクチュエータ（第１関節）１１Ａを介して連結されており、第１アクチュエータ１１Ａの駆動により、アーム構造材１１が回転するようになっている。アーム構造材１１とアーム構造材１２とは、第２アクチュエータ（第２関節）１２Ａを介して連結されており、第２アクチュエータ１２Ａの駆動により、アーム構造材１２が旋回するようになっている。
アーム構造材１２とアーム構造材１３とは、第３アクチュエータ（第３関節）１３Ａを介して連結されており、第３アクチュエータ１３Ａの駆動により、アーム構造材１３が回転するようになっている。アーム構造材１３とアーム構造材１４とは、第４アクチュエータ（第４関節）１４Ａを介して連結されており、第４アクチュエータ１４Ａの駆動により、アーム構造材１４が旋回するようになっている。

アーム構造材１４とアーム構造材１５とは、第５アクチュエータ（第５関節）１５Ａを介して連結されており、第５アクチュエータ１５Ａの駆動により、アーム構造材１５が回転するようになっている。アーム構造材１５とアーム構造材１６とは、第６アクチュエータ（第６関節）１６Ａを介して連結されており、第６アクチュエータ１６Ａの駆動により、アーム構造材１６が旋回するようになっている。

アーム構造材１６とフランジ１７とは、第７アクチュエータ（第７関節）１７Ａを介して連結されており、第７アクチュエータ１７Ａの駆動により、フランジ１７及びフランジ１７に取り付けられるハンド機構１８が回転するようになっている。
第１〜第７アクチュエータ１１Ａ〜１７Ａはそれぞれケーブル１０１Bを挿通可能な中空部を有する減速機一体型のサーボモータによって構成されており、それぞれケーブル１０１Bを介してコントローラ１０１Aに接続されている。

なお、第１，第３，第５，第７の各アクチュエータ１１Ａ，１３Ａ，１５Ａ，１７Ａの回転軸がいずれもフロアに対して垂直な方向となるようなロボット１の姿勢とした場合、第２，第４，第６の各アクチュエータ１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ各回転軸はそれぞれ９０度の角度をなすようになっている。
コントローラ１０１Ａは、記憶装置，電子演算装置，入力装置及び表示装置（いずれも図示省略）を有するコンピュータにより構成されており、ロボット１０１の各アクチュエータ１１Ａ〜１７Ａ及びハンド機構１８とコントローラ１０１Ａとはケーブル１０１Ｂを介して相互通信可能に接続され、コントローラ１０１Ａからの指令に応じて各部が動作するようになっている。

（ハンド機構）
ハンド機構１８は、図３にも示すように、吸着ハンド（保持機構）１９及び把持ハンド（第２保持機構）２０を有しており、吸着ハンド１９及び把持ハンド２０はブラケット１８Ａを介してフランジ１７に取り付けられている。
ブラケット１８Ａは、基端面１８がフランジ１７に例えばボルトで接合されており、基端面から略直角に屈曲されて延びる把持ハンド取り付け面と把持ハンド取り付けからさらに屈曲されて延びる吸着ハンド取り付け面とを有して形成されている。

吸着ハンド１９はブラケット１８Ａの吸着ハンド取り付け面に挿通された吸着ノズル１９Ａとなっており、吸着ノズル１９Ａから図示しない配管を介して空気吸引することにより貼付材Ｓを落下させずに保持できるようになっている。
把持ハンド２０は、ブラケット１８Ａの把持ハンド取り付け面にボルト接合されており、一対の指部材２０Ａ，２０Ａを有している。指部材２０Ａ，２０Ａは図示省略のアクチュエータの駆動により水平方向にスライド移動して互いの間隔を拡縮可能となっており、指部材２０Ａ，２０Ａの間でワークＷを挟みこんで把持するようになっている。

（各部構成）
ワークストッカ１０２には、貼付材Ｓの貼り付け加工前のワークＷが複数ストックされている。
貼付材フィーダ１０３は図示省略のフィーダ装置を備えており、貼付材Ｓを一つづつ順次供給するように構成されている。なお、貼付材Ｓは、図４に示すように、ラベル等が印字された本体部Ｓ１に設けられた粘着部Ｓ２と、粘着部Ｓ２を覆う紙等で形成されたカバー（付着材）Ｓ３とから構成された長方形の枚葉状のシール材である。なお、貼付材フィーダ１０３は本体部Ｓ１が上面側となるように貼付材Ｓを供給するように設定されている。

針ユニット１０４は、図５に示すように、脚台部２１、針部材２３，吸着装置２４を有しており、フロアに固設された脚台部２１の先端付近に取り付けられたブラケット２２を介して上部側に針部材２３が取り付けられ、針部材２３よりも下方側に吸着装置２４が配設されている。

針部材２３は、ブラケット２２からロボット１０１に向かって略水平方向に延び、図６に示すように、それぞれ外側に向かって二股に分かれて２つの尖鋭部２３Ａ，２３Ａが形成されている。また、各先鋭部２３Ａ,２３Ａは略水平方向から先端が斜め上方を向くように徐々に曲折されている。尖鋭部２３Ａ，２３Ａが斜め上方を向き、且つ、互いに外向きに二股に分岐することで、後述するように上方から貼付材Ｓを押し付けた際に、各尖鋭部２３Ａ，２３ＡからそれぞれカバーＳ３に外向きの張力が付加され、より確実に尖鋭部２３Ａ，２３ＡをカバーＳ３に刺し通すことができるようになっている。
吸着ノズル２４Ａは先端部が吸着ノズル２４Ａとなっており、吸着ノズル２４Ａから空気を吸引することにより、貼付材Ｓを吸着することができるようになっている。なお、吸着装置２４の吸着力は、吸着ハンド１９の吸着力よりも小さくなるように設定されている。

ケース１０６は、例えば、樹脂で形成された筐体であり内部に複数のワークＷを内蔵するものである。また、ケース１０６の近傍には図示省略の搬出ベルトが配置されており、所定の数量のワークＷが並列されたケース１０６は搬出ベルトを介して生産セルから搬出され、新たなケース１０６が供給されるようになっている。

本実施形態にかかるロボットシステム１００はこのように構成されており、以下のように動作する。
まずコントローラ１０１Ａの入力装置から作業開始が入力されると、図７に示すように、ステップＳ１０として、ロボット１０１がワークストッカ１０２のワークＷを把持ハンド２０で把持して、把持したワークＷを仮置き台１０５の上に載置し、ワークＷの把持を解除する（ステップＳ２０）。
ステップＳ３０では、図８に示すようにロボット１０１は、貼付材フィーダ１０３から供給された一枚の貼付材Ｓの上面（本体部Ｓ１側）を吸着ハンド１９で保持する。
ステップＳ４０では、貼付材Ｓを保持した状態でロボット１０１が動作され、図５に示すように貼付材ＳのカバーＳ３の面が垂直面Ｐｖに対して予め設定された傾きαを有した状態で、吸着ハンド１９が貼付材Ｓに近づく方向に進入され貼付材ＳのカバーＳ３を針部材２３の各尖鋭部２３Ａ，２３Ａに予め教示された量だけ押し付けられる。このとき、各尖鋭部２３Ａ，２３ＡがカバーＳ３に刺通される。

ステップＳ５０では、ロボット１０１が動作するとともに、吸着装置２４の吸引が開始され、図９に示すように、貼付材Ｓが針部材２３及び吸着装置２４と、吸着ハンド１９とで保持される。
そして、ステップＳ６０では、図１０に示すように、貼付材Ｓが垂直面Ｐｖとなす角度が予め教示された角度βとなるようにロボット１０１が動作され、吸着ユニット１９が針ユニット２３から遠ざかる方向に動作される（即ち、吸着ユニット１９が後退される）
る。このとき、尖鋭部２３Ａ，２３Ａが挿入されたカバーＳ３は粘着部Ｓ２から剥離される。

なお、上述の所定の角度α及び角度βはコントローラ１０１Ａにロボット１０１の教示情報として入力されるものであり、実際の角度は誤差等により必ずしも厳密に予め設定された角度となるものではない。貼付材Ｓを各尖鋭部２３Ａ，２３Ａに押し付ける押し付け量についても同様にコントローラ１０１Ａにロボット１０１の教示情報として入力されるものであり、実際の押し付け量を厳密に規定するものではない。

ステップＳ７０では、ロボット１０１により、カバーＳ３が剥離された貼付材Ｓが仮置き台１０５近傍に移動され、図１１に示すように、ワークＷの側面部に貼付材Ｓの粘着部Ｓ２側が押し付けられる。なお、ワークＷの側面部に貼付材Ｓを押し付ける前にフランジ１７が９０度回動され貼付材Ｓが横長の状態でワークＷに押し付けられ、粘着部Ｓ２によってワークＷに貼り付けられる。

ステップＳ８０では、図１２に示すように、貼付材Ｓが貼り付けられたワークＷを把持ハンド２０で把持して、ケース１０６内にワークＷが載置される。なお、ケース１０６には、図１３に示すようにワークＷが貼付材Ｓが貼り付けられた面を同じ方向に向けた状態で並べて載置される（並列される）。
そして、ワークＷをケース１０６に載置すると、再びステップＳ１０に進み作業が繰り返し実行される。

このように本実施形態にかかるロボットシステムによれば、ロボット１０１に力センサや視覚センサ等を用いたセンサ類を取り付けてのセンサ値によるフィードバック制御等を行なうことなく、予め教示されたロボットの動作で十分に貼付材ＳからカバーＳを剥離する作業を行なうことができロボットシステムをより低コストで構成することができる。また、センサ類を設ける必要がないので、貼付材ＳからカバーＳ３を剥離させる際にセンシングのための時間やフィードバックのための演算処理時間がないため作業速度を向上することができる。

さらに、貼付材ＳからカバーＳ３を剥離するための専用の装置を設けることなく、より汎用性の高いロボット１０１により貼付材ＳからカバーＳ３を剥離する作業を行なえるので、ロボットの動作教示を変更すれば、本ロボットシステムを別のセル生産システムに転用することが比較的低コストで容易であるという利点もある。
また、ステップＳ４０においてカバーＳに尖鋭部２３Ａが進入した状態で、保持機構を後退させることにより、貼付材Ｓ（本体部Ｓ１，粘着部Ｓ２）からカバーＳ３を剥離することができる。

また、貼付材Ｓを尖鋭部２３Ａ側に押し付けた状態で、吸着装置２４により貼付材Ｓの下側を吸着保持することで、尖鋭部２３に貼付材Ｓを押し付けた状態でロボット１０１を動作させる際に貼付材Ｓの落下等の不具合を低減することができる。
また、本実施形態では、、ロボット１０１の周囲にワークストッカ１０２，貼付材フィーダ１０３，針ユニット１０４，仮置き台１０５，ケース１０６を配置し、ハンド機構１８にはワークＷを把持するのに適した把持ハンド２０と、貼付材Ｓを保持するのに適した吸着ハンド１９を設けているので、ワークＷをワークストッカ１０２から取り出す作業、貼付材ＳからカバーＳ３を剥離する作業、ワークＷに貼付材Ｓを貼り付ける作業、貼付材が貼り付けられたワークＷをケース１０６に並列する作業を１台のロボット１０１による一連の動作で行なうことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかるロボットシステムは上述の実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。
実施形態ではセル生産システムを例として説明したが本発明は生産システムに限らず、適宜の用途で自由に適用することができる。例えば、単に幾層かに重なった合紙を対象物として、合紙から表面の層（付着材）を剥離する作業のみであっても本発明を適用可能である。
また、対象物についてもラベル等が印字されたシール材に限らず、粘着面とそれを覆うカバーを有する適宜のもの（例えば、緩衝材等）を適用してもよい。
また、「保持機構」及び「第２保持機構」についても上述の実施形態のものに限定されるものではなく、それぞれ「対象物」、「被貼付物」を保持するための適宜の機構を包含するものであり、グリッパや吸引装置や磁力保持等、対象物及び被貼付物にの種別に合わせて種々の機構を適用可能である。

１０基台
１１〜１６アーム構造材
１１Ａ〜１７Ａアクチュエータ
１７フランジ
１８ハンド機構
１８Ａブラケット
１９吸着ハンド（保持機構）
１９Ａ吸着ノズル
２０把持ハンド（第２保持機構）
２０Ａ指部材
２１脚台部
２２ブラケット
２３針部材
２４吸着装置（保持ユニット）
２４Ａ吸着ノズル
１００ロボットシステム
１０１ロボット（マニピュレータ）
１０１Ａコントローラ
１０２ワークストッカ（被貼付物ストッカ）
１０３貼付材フィーダ（対象物フィーダ）
１０４針ユニット（付着材剥離ユニット）
１０５仮置き台
１０６ケース

Claims

付着材が付着した対象物を保持する保持機構を装着したマニピュレータと、
前記マニピュレータの動作を制御するコントローラと、
前記マニピュレータの近傍に配設され前記対象物の付着材を保持する付着材剥離ユニットと、を有し、
前記コントローラは、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を付着材剥離ユニットに所定の進入角度で進入させて前記対象物と前記付着材とを剥離させる
ことを特徴とする、ロボットシステム。
前記付着材剥離ユニットは、尖鋭部を有する針ユニットと、を有し、
前記コントローラは、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を前記針ユニットの前記尖鋭部に対して予め設定された所定の進入角度で進入させて前記対象物と前記付着材とを剥離させる
ことを特徴とする、請求項１記載のロボットシステム。
前記コントローラは、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を前記尖鋭部に進入させた後、前記保持機構を後退させて前記対象物と前記付着材とを剥離させる
ことを特徴とする、請求項２記載のロボットシステム。
前記針ユニットは、
前記尖鋭部に隣接して配設された保持ユニットを有し、
前記保持ユニットは、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を前記尖鋭部に進入されると前記対象物を保持すべく動作する
ことを特徴とする、請求項２又は３記載のロボットシステム。
前記対象物は、粘着部と前記粘着部を覆う付着材とを有しており、
前記マニピュレータは、
前記対象物と前記付着材とを剥離させた後、前記対象物を被貼付物に貼り付ける
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
前記マニピュレータには、
前記保持機構と、前記被貼付物を保持する第２保持機構とを有するハンド部材が取り付けられている
ことを特徴とする、請求項５記載のロボットシステム。
前記対象物を1つずつ供給する対象物フィーダと、
前記被貼付物をストックする被貼付物ストッカと、
前記被貼付物を仮置き載置する仮置き台と、
前記複数の被貼付物を収納するケースと、を有し、
前記マニピュレータは、
前記被貼付物ストッカから前記被貼付物を取り出して前記仮置き台に載置し、
前記対象物ストッカの前記対象物を前記保持機構により保持し、
前記対象物と前記付着材とを剥離させた後、前記対象物を前記仮置き台に載置された前記被貼付物に貼り付け、
前記対象物を貼り付けた前記被貼付物を前記ケース内に並列させる
ことを特徴とする、請求項５又は６記載のロボットシステム。
マニピュレータを用いて対象物を被貼付物に貼り付ける方法であって、
付着材が付着した前記対象物を保持機構により保持するステップと、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を前記マニピュレータの近傍に配設された付着材剥離ユニットに予め設定された所定の進入角度で進入させて前記対象物と前記付着材とを剥離させるステップと、
前記付着材が剥離された前記対象物を前記被貼付物に貼り付けるステップと、を有している
ことを特徴とする、物品加工方法。
マニピュレータを用いて工業製品を製造する方法であって、
付着材が付着した対象物を保持機構により保持するステップと、
前記保持機構により保持された前記対象物の付着材を前記マニピュレータの近傍に配設された付着材剥離ユニットに予め設定された所定の進入角度で進入させて前記対象物と前記付着材とを剥離させるステップと、を有している
ことを特徴とする、工業製品の製造方法。