JP2011148009A - 生産システム - Google Patents

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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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