JP2011148009A - 生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、段取り換えを容易にでき、1つのロボットの動作に複数の機能を備え、省スペース化された生産システムを提供する。
【解決手段】ワーク１３と、前記ワーク１３が載置されたワークストッカ１２と、前記ワークストッカ１２の搬出口に配置された双腕ロボット１１と、前記双腕ロボット１１の胴体前方に対向するように配置された第２のロボット２１とから構成されたものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、物品を製造する生産システムに関する。

組立工程、搬送工程といった作業工程は人手に頼っており、自動化が専用工具や治具が必要なことから困難となっている。
自動化できている工程においても、従来では、１台のロボットで１種類の作業を行うようにしてあることから、その部品に対応した専用把持装置が必要となる。作業工数、部品点数の多い組立、搬送工程には、非常に多くの専用把持装置を必要とする。このために製造部品数、作業工数に応じた専用装置を用意する必要があり、非常に多くのロボットや生産機械を必要とし、人手で作業していた現状のスペースでは自動化できず、生産ラインの所用スペースも非常に広いスペースが必要とされる。
また、加工機間搬送などの後工程へ搬送する工程では、通常、ランダムに並んだ大量の部品を作業がしやすいように所定の姿勢に整列させて、次工程へ搬送している。例えば、次工程へ部品の姿勢を変更させて搬送する場合、仮置き台や姿勢変更装置に一旦部品を載置し直すため、専用設備が必要となり、非常に広いスペースが必要となっていた。
大量に配列され、乱雑な状態で部品供給するような搬送工程は、パーツフィーダと呼ばれる装置によって整列させられたあと次工程に送られる。パーツフィーダは基本的に１種類の部品の取り扱いのみを目的として、要求される処理能力に対応したものがその都度設計、製作される比較的単純な機構の装置である。このため、それほど高度な処理能力を達成できないのが通常であるとともに、部品種の変更への対応性も低く、複数種類の部品を取り扱う必要がある場合には段取りに要する時間が長くなり、生産性の低下を招く問題がある。
以上のような現状を鑑み、専用装置を必要とせずに作業者が作業する程度のスペースで効率よく生産できる生産システムが要求されている。
従来の生産システムとしては、２つの水平多関節ロボットを用いたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
従来の生産システムは、２台の水平多関節ロボットと、これらの各ロボットの前方側に配置した組立作業台と、プラテンを移動させる搬送機器であるフリーフローコンベアと、ロボットの側方に配置した、小物部品を供給する部品供給台と、小物、中物部品を供給する部品供給機と、中物、大物部品を供給する部品供給機等とを組み合わせて構成し、これらのロボット及び周辺機器を制御する制御装置を備えているものが開示されている。
この生産システムは、単に物品の大小にあわせて搬送するロボットを使い分けるだけのものである。搬送物を整列させる方法としては、特に、複数種類の部品の取扱いが必要な場合や高度な処理能力が要求される場合、画像処理装置（ビジョン）を備えたロボットにより部品を整列させる方法が用いられている。すなわち、各部品の位置や姿勢に関する情報をＣＣＤカメラなどの視覚センサにより取得し、この情報に基づいてロボットの各アームを制御して、部品の整列作業を行わせる方法である。この方法では、部品種の変更に対応して動作プログラムを切替えるだけで各種部品の取扱が可能となるため、段取りに要する時間を短縮できるという利点がある。
しかしながら、ビジョンシステムが複雑であり、コストパフォーマンスの悪化を招く原因となるとともに、部品の整列という比較的単純な作業を必要以上に複雑化されたシステムで処理するため、処理能力を向上させることが却って困難になるという問題がある。

特開平６−３２０３６４号公報

従来の生産システムでは、予め決まったシーケンスを基に各々のロボットが部品を搬送するようになっているので、ランダムに並んだ部品を整列させて搬送するといった後の工程を考えた作業を行うことはできない。
また、ビジョンシステム含んだ生産システムでは、ビジョンシステムを用いると、採光によりワークの見え方や輪郭の補正などが変化することになり、調整作業が煩雑になるといった問題が生じていた。
このように、これまでの生産システムでは、専用工具や治具を用いたり、ビジョンシステムを用いたりといった生産システムに特有の専用備品を備えることにより、実現を図ってきたが、昨今では、多品種少量生産に対応するような柔軟な装置構成の段取り換えを柔軟に行うことが望まれており、段取り換えを容易にできることや、1つのロボットの動作によって複数の機能を持たせることが望まれ、これまでの生産システムでは対応できないという問題が生じていた。
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、段取り換えを容易にでき、1つのロボットの動作に複数の機能を備え、省スペース化された生産システムを提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ワークと、前記ワークが載置されたワークストッカと、前記ワークストッカの搬出口に配置された双腕ロボットと、前記双腕ロボットの胴体前方に対向するように配置された第２のロボットとから構成されたものである。
請求項２に記載の発明は、前記双腕ロボットの作業領域の中で、前記第２のロボットが作業するものである。
請求項３に記載の発明は、前記双腕ロボットが把持したワークに対して前記第２のロボットが作業するものである。
請求項４に記載の発明は、前記双腕ロボットの腕部が、冗長軸を含む7軸以上の軸を備えているものである。
請求項５に記載の発明は、前記双腕ロボットは、前記ワークを持ち変え作業をするものである。
請求項６に記載の発明は、前記ワークストッカと、前記双腕ロボットと、前記第２のロボットが１列に配置されたものである。
請求項７に記載の発明は、前記双腕ロボットの胴体に対向するように配置された前記第２のロボットが、前記ワークストッカの側方に配置されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記第２のロボットが双腕ロボットから構成されるものである。
請求項８に記載の発明は、前記第２のロボットが単腕の垂直多関節ロボットから構成されるものである。

本発明では、ワークストッカと、双腕ロボットと、第２のロボットを密集配置することにより、人手で作業していた程度のスペースで搬送と組立作業を行うことができるため、生産ラインの所用スペースを小さくすることができる。
また、持ち変え作業を行うことにより、乱雑に配置されたワークについても位置決めを行いながら搬送することが可能となり、煩雑なシステムを構成することがなくなることから多品種少量生産に対応した段取り換えを行うこと可能となる。

双腕ロボットの正面図 第１実施例の生産システムの斜視図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 第２実施例の生産システムの斜視図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１に本発明にかかる双腕ロボット１１について説明する。
基台１を図示しないアンカーボルトで固定し、この基台１上に旋回胴部２を鉛直面内で旋回自在に搭載している。この旋回胴部２の正面図左側には右腕部３Ｒが設けてあり、右肩部４Ｒが水平面内で旋回可能に設けてある。この右肩部４Ｒには右上腕Ａ部５Ｒを揺動可能に設けている。この右上腕Ａ部５Ｒ先端には右上腕Ｂ部６Ｒを設けている。なお、この右上腕Ｂ部６Ｒは旋回する捻り動作が付与されている。さらに右上腕Ｂ部６Ｒ先端に右下腕部７Ｒを揺動可能に設けている。この右下腕部７Ｒ先端には右手首Ａ部８Ｒその先端に右手首Ｂ部９Ｒを設けている。なお、この右手首Ａ部８Ｒは旋回する捻り動作、右手首Ｂ部９Ｒは曲げ動作を行う旋回動作が付与されている。前記右手首Ｂ部９Ｒ先端には右フランジ１０Ｒが設けてあり、図示しないハンドが接続可能となり、捻り動作が付与されている。上面からみて右側には上記同様に左腕部３Ｌが設けてあり、左肩部４Ｌ、左上腕Ａ部５Ｌ、左上腕Ｂ部６Ｌ、左下腕部７Ｌ、左手首Ａ部８Ｌ、左手首Ｂ部９Ｌ、左フランジ１０Ｌが設けてある。

このような構成において、旋回胴部２、右腕部３Ｒ、左腕部３Ｌを動作させることによって、左右手首フランジ１０Ｒ，１０Ｌに装着される先端部にはハンドが取り付けられるように処理されたことを特徴とする。

図２から７を用いてに前記双腕ロボット１１を使用した具体的な部品の生産システムについて説明する。
第１の双腕ロボット１１は、図面左から流れてきたワークストッカ１２に保管されているワーク１３を図面右の作業領域１４に右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌによりワーク１３の持ち直し動作を行いながら搬送し、ワーク１３上に対面する第２の双腕ロボット２１により部品２０を載置してワーク部品を組み立てるものである。
第１の双腕ロボット１１はワークストッカ１２と作業領域１４の間に配置されている。第１の双腕ロボット１１の左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌはワークと作業領域１４の中心とを結ぶ直線上に、初期位置として配置されており、ワーク１３をワークトレイ１２から作業領域１４に直線移動させるように構成され、作業領域１４で生産されたワーク部品は、ワークトレイ１２と作業領域１４に直交する方向に配置された搬送トレイ２４に第１の双腕ロボット１１により位置決めされた状態で載置され、次工程へ移送される。
このように配置は、第１の双腕ロボット１１の旋回胴部２に左右腕部３Ｒ、３Ｌを近づけられるように左右腕部３Ｒ、３Ｌが冗長軸を有する７軸から構成されることで、ワークストッカ１２および作業領域１４と第１の双腕ロボット１１の距離は、第１の双腕ロボット１１の可動範囲よりも短く、ワークの配置位置に対して反対側の腕部がワーク３に届くほどに接近しているようにワークストッカ１２および作業領域１４と搬送トレイ２４は密集して配置されている。例えば、図２および図３からわかるように、左腕部３Ｌを動作させることにより、ワークストッカ１２に納められたワーク１３を把持することが可能である。
ここで言う作業領域１４は、第１の双腕ロボットの可動範囲から求められる領域ではなく、第１の双腕ロボットと第２の双腕ロボットがワーク部品を組み立てる領域を意味するものである。

次に、ワーク搬送動作について説明する。はじめに図３に示すように、ワークストッカ１２に納められたワーク１３が左腕部３Ｌを用いて取り出される動作について説明する。第１の双腕ロボット１１は基台１に対して旋回胴部２がワークストッカ１２の方向に所定の角度旋回するとともに、左腕部３Ｌは、図２に示されるように、事前に教示された動作により初期姿勢からワーク１３を取り出すように各軸を所定の角度回転させて取り出し姿勢を形成する。そうすることで左腕部３Ｌのフランジ１０Ｌに取り付けられた左ハンド１５Ｌはワーク１３を把持する。この時、右腕部３Ｒは初期姿勢を形成しているか、もしくは左腕部３Ｌの移動軌道に干渉しない位置に配置されるように姿勢が形成されている。この時のワーク１３はワークストッカ１２内で、ある程度整列されて配置されているが、正確な位置に配置されているものではなく、左ハンド１５Ｌが把持できる程度に配置されている。つまり、ワークストッカ１２は、ワーク１３よりも多少大きく作成されており、常にワーク１３がワークストッカ１２の中で同じ位置に載置されているとは限らないのである。

次に、図４に示すように、ワーク１３を左ハンド１５Ｌで把持した状態で、ワーク１３をワークストッカ１２から引き出す。その際に右手首フランジ１０Ｒに取り付けられた右ハンド１５Ｒをワーク１３に添えるように右腕部３Ｒは各軸を所定の角度回転させて、ワーク１３に添える姿勢を形成する。図５に示すように、ワーク１３を左ハンド１５で把持した状態で右ハンド１５Ｒがワーク１３の所定の位置（ワーク１３の中央部）になるように左腕部３Ｌの姿勢を形成し、右ハンド１５Ｒがワーク１３のある方向(図面上方向)に微動するように右腕部３Ｒの姿勢を形成し、不図示の接触センサによりワーク１３と右ハンド１５Ｒの端部が接触した時点で右ハンド１５Ｒによりワーク１３を把持する。この時の右ハンド１５Ｒの位置と事前に教示された位置が異なっていたら、ずれ量を誤差として記憶しておき、ずれ量分だけ加減算した目標位置を作業領域１４に再設定する。次に、左ハンド１５Ｌはワーク１３を放し、左ハンド１５Ｌがワーク１３のある方向（図面左方向）に移動し、不図示の接触センサによりワーク１３と左ハンド１５Ｌの端部が接触した時点で左ハンド１５Ｌは再度、ワーク１３を把持する。

この時、ワーク１３を把持した右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌの各軸の回転位置は、所定の位置からワーク１３のずれ量分だけ誤差を有しており、設置するトレイまでの目標位置にこのすれ量分だけの誤差を重畳して新たな目標位置として、右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌの各軸を移動させる。

また、左ハンド１５Ｌがワークストッカ１２の中のワーク１３を把持した際には、正確な位置を把持していることから持ち変え作業を行うことなく、ワーク１３を作業領域１４へ搬送する。

ここで、本発明ではハンド端部とワークの接触を不図示の接触センサを用いて行うこととしたが、これに限られるものではなく、接触を検出するセンサであれば、同じ機能を有する近接スイッチなどのでも良い。または接触することで腕部に作用する負荷の変動による各軸を駆動するアクチュエータの電流や電圧から求めることもできる。
次に、図６に示すようにワーク１３を左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌで把持して左右腕部３Ｒ、３Ｌの姿勢を保持したまま、基台１に対して作業領域１４の方向に旋回胴部２を旋回させる。

上記、図５の説明で左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌの持ち変え動作を旋回胴部２が停止した位置で行っているかのごとく説明したが、図５から図６へ旋回胴部２が所定の位置に移動している間に持ち変え動作を行って良く、その場合は、時間の短縮を図ることができる。

最後に、図７に示すように作業領域１４にワーク１３は配置されるように左右腕部３Ｒ、３Ｌは所定の姿勢を形成する。

次に、ワーク部品の組立作業について説明する。左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌによって搬送されたワーク１３は、作業領域１４に位置決めされている。一方、第２の双腕ロボット２１は、作業領域１４を介して第１の双腕ロボット１１と対面するように配置されている。このように、第１及び第２の双腕ロボットが同じ作業領域で作業するシステムが構成されている。この時、第２の双腕ロボット２１の右腕２１Ｒの先端には把持ツール２２が取り付けられ、左腕２１Ｌの先端には、ねじ締めツール２３が取り付けられている。

第２の双腕ロボット２１の右腕２１Ｒは部品２０の所定の位置を位置決めされた状態で把持している。次に、部品２０は右腕２１Ｒを所定の角度回転させてから、ワーク１３上に載置する。続いて左腕２１Ｌに取り付けられたねじ締めツール２３を用いてワーク１３と部品２０が取り付けられる。

ねじ締めツール２３は、左腕２１Ｌに常時取り付けられてもよいし、左腕２１Ｌに把持ツールを取り付け、必要時にねじ締めツールを把持できるようにしてもよい。また、工具交換器を左腕先端に取り付けることも可能である。

この時、右腕２１Ｒの手首軸は、ねじ締め作業が行われる際にサーボフロート状態にする。つまり、右腕２１Ｒの手首軸は、制御剛性を低下させて回転周りに自在に動作可能な状態を形成している。

サーボフロート機能を取り入れることによって、ワーク１３と部品２０の相対的な穴位置のずれを許容できるのである。

このようにして組み立てられたワーク部品は第１の双腕ロボットにより搬送トレイ２４の所定の位置へ移載され、次工程へ進められる。

搬送トレイは、次の工程でロボットが把持する台であっても良いし、コンベアであっても良い。

図８に示すように、第１の双腕ロボット１１は、図面前方から流れてきたワークストッカ１２に保管されているワーク１３を図面右の作業領域１４に右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌによりワーク１３の持ち直し動作を行いながら搬送し、ワーク１３上に対面する第２の双腕ロボット２１により部品２０を載置してワーク部品を組み立てるものである。第２の双腕ロボット２１は、作業領域１４を介して第１の双腕ロボット１１と対面するように配置されている。また、搬送トレイ２４は、第１の双腕ロボット１１を介してワークストッカ１２の反対側に位置している。

このように第１の双腕ロボットおよび第２の双腕ロボットを配置し、ワークストッカ１２および搬送トレイ２４を配置することで作業スペースの省スペース化を実現している。

第１の双腕ロボットおよび第２の双腕ロボットの動作については、実施例１と同様な動作を行うので、詳細な説明は省略する。

本実施例では、矩形のワークを例に説明したが、これに限定されるものではなく、直方体や異形形状の物でも良いことは当然である。また、第２の双腕ロボットを用いて、部品の載置および組立を行うように説明したが、第２のロボットは、垂直多関節型の産業用ロボットでも良く、必要に応じて単腕ロボットを適用することが可能である。

さらに、作業内容、作業時間によっては、第２のロボットが必要ない場合は第１の双腕ロボットだけで構成することも可能である。

１ 基台
２ 旋回胴部
３Ｒ 右腕部
３Ｌ 左腕部
４Ｒ 右肩部
４Ｌ 左肩部
５Ｒ 右上腕Ａ部
５Ｌ 左上腕Ａ部
６Ｒ 右上腕Ｂ部
６Ｌ 左上腕Ｂ部
７Ｒ 右下腕Ａ部
７Ｌ 左下腕Ａ部
８Ｒ 右手首Ａ部
８Ｌ 左手首Ａ部
９Ｒ 右手首Ｂ部
９Ｌ 左手首Ｂ部
１０Ｒ 右フランジ部
１０Ｌ 左フランジ部
１１ 双腕ロボット
１２ ワークストッカ
１３ ワーク
１４ トレイ
１５Ｒ 右ハンド
１５Ｌ 左ハンド

Claims (9)

1. ワークと、前記ワークが載置されたワークストッカと、前記ワークストッカの搬出口に配置された双腕ロボットと、前記双腕ロボットの胴体前方に対向するように配置された第２のロボットとから構成されたことを特徴とする生産システム。
2. 前記双腕ロボットの作業領域の中で、前記第２のロボットが作業することを特徴とする請求項１記載の生産システム。
3. 前記双腕ロボットが把持したワークに対して前記第２のロボットが作業することを特徴とする請求項１記載の生産システム。
4. 前記双腕ロボットの腕部は、冗長軸を含む7軸以上の軸を備えていることを特徴とする請求項１記載の生産システム。
5. 前記双腕ロボットは、前記ワークを持ち変え作業をすることを特徴とする請求項１記載の生産システム。
6. 前記ワークストッカと、前記双腕ロボットと、前記第２のロボットが１列に配置されたことを特徴とする請求項１記載の生産システム。
7. 前記双腕ロボットの胴体に対向するように配置された前記第２のロボットが、前記ワークストッカの側方に配置されたことを特徴とする請求項１記載の生産システム。
8. 前記第２のロボットが双腕ロボットから構成されることを特徴とする請求項１記載の生産システム。
9. 前記第２のロボットが単腕の垂直多関節ロボットから構成されることを特徴とする請求項１記載の生産システム。

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