JP2012076805A - ロボット、加工システム、及び加工品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加工システム10は、物品を供給する物品供給部31と、被加工物を搬送する第1の搬送部22と、第1の搬送部22の下流側に設けられ、第1の搬送部22によって搬送された被加工物が載せられる作業台24と、予め教示された作業動作に従って、作業台24の上に載せられた被加工物に物品を用いた作業を施すロボット20と、作業台24の下流側に設けられ、ロボット20により作業が施された被加工物を搬送する第2の搬送部26とを備える。
【選択図】図1
Description
特許文献1等に示されるような技術の他に、人手に頼っていた複雑で多様な作業を専用機械でなく汎用性の高いロボットを用いて自動化することにより、生産設備の効率化を図る需要が増えている。このため、ロボットにより自動化可能な作業を拡充していくことが求められている。
被加工物を搬送する第1の搬送部と、
前記第1の搬送部の下流側に設けられ、前記第1の搬送部によって搬送された前記被加工物が載せられる作業台と、
前記物品供給部から前記物品を取り出し、予め教示された作業動作に従って、前記作業台の上に載せられた前記被加工物に該物品を用いて作業を施すロボットと、
前記作業台の下流側に設けられ、前記ロボットにより作業が施された前記被加工物を搬送する第2の搬送部とを備える。
前記ロボットは、前記梱包容器に前記物品を詰める作業を施すことができる。
前記ロボットが、内側に傾斜した前記フラップとの干渉を回避する軌跡を描いて該ロボットのアームを移動させることが好ましい。
前記ロボットが前記第1のグラビティコンベアから物品を取り出す前に、該物品を上流側へ向かって押すことが好ましい。
前記ロボットは前記第2のグラビティコンベアから最下流の前記緩衝材を把持した後、該緩衝材を前記上流側に一旦押してから該緩衝材を持ち上げることが好ましい。
第1の搬送部により被加工物を作業台側に搬送するステップと、
ロボットが予め教示された動作に従って、前記作業台の手前まで搬送された前記被加工物を該作業台に載せるステップと、
前記ロボットが、前記作業台の上に載せられた前記被加工物に対して前記物品を用いて作業を施すステップと、
前記ロボットが、前記作業が施された前記被加工物を、外部に搬送するステップと、を含む。
梱包システム10は、双腕ロボット(ロボットの一例)20、搬入コンベア(第1の搬送部の一例)22、作業台24、及び搬出コンベア(第2の搬送部の一例)26を備えている。梱包システム10は、更に、第1のグラビティコンベア(物品供給部の一例)31、第2のグラビティコンベア(緩衝材供給部の一例)32、補助作業台34、及び付属品供給台36を備えている。なお、梱包システム10は、記憶装置、演算装置、表示装置、及び入力装置を有する上位コントローラとしてのシステムコントローラ11によってその動作が制御される。
双腕ロボット20は、設置面と交差する旋回軸S回りに旋回可能な胴体40及び、胴体40の左右にそれぞれ設けられた第1及び第2のアーム42a、42bを有している。第1のアーム42aは、双腕ロボット20の左腕として動作し、先端部に第1のハンド45a(図4参照)が設けられている。第2のアーム42bは、双腕ロボット20の右腕として動作し、先端部に第2のハンド45b(図5参照)が設けられている。第1及び第2のアーム42a、42bは、それぞれ例えば、7軸の関節を有するロボットである。なお、本実施の形態に係る双腕ロボット20は、全体として1つのロボットであるが、胴体(旋回台)に設けられた2台のロボットと捉えることもできる。
第1の吸着部47aは、回転軸T1方向に延びる板状の第1のフレーム49aの一方の面に設けられ、緩衝材Bや付属品等をエア吸着することができる。
第1のパッド48aは、第1のフレーム49aの他方の面に設けられ、段ボール箱C、緩衝材B、及びインバータG等に接触する。第1のパッド48aは、例えば直方体状の弾性部材である。
第2の吸着部47bは、回転軸T2方向に延びる板状の第2のフレーム49bの一方の面に設けられ、緩衝材Bや付属品等をエア吸着することができる。
第2のパッド48bは、第2のフレーム49bの他方の面に設けられ、段ボール箱C、緩衝材B、及びインバータG等に接触する。第2のパッド48bは、例えば直方体状の弾性部材である。
なお、双腕ロボット20は、図示しないロボットコントローラによって制御され、予め教示された動作に従って動作する。
作業台24の上には、図6に示すように、1対の把持部材62及びストッパ64が設けられている。
1対の把持部材62は、作業台24の天板から突出し、搬入コンベア22の搬送方向に沿って、間隔を有して平行配置されている。1対の把持部材62は、図6に矢印で示すように、搬入コンベア22の搬送方向と交差する方向に移動する(1対の把持部材62の間隔を調整する)ことができ、把持部材の間に位置する段ボール箱Cの下部側面を把持することができる。
ストッパ64は、作業台の天板から上方に進出可能に設けられ、段ボール箱Cの一の側面に接触することによって、その段ボール箱Cを位置決めすることができる(図1参照)。
1対の案内部材80は、補助作業台34の天板から突出し、搬入コンベア22の搬送方向に交差する方向に沿って、間隔を有して平行配置されている。この間隔は、緩衝材Bの長さよりも大きくなっている。1対の案内部材80の対向する面の上側角部は、面取がなされている。
支持部材82は、1対の案内部材80の間に設けられ、案内部材80が対向する方向の中央部には窪み部84が形成されている。インバータGはこの窪み部84に載せられ、補助作業台34から予め決められた高さだけ浮いた状態で支持される。
搬入コンベア22が、上流側から空の段ボール箱Cを下流側へ搬送する。搬送される段ボール箱Cは、搬送面から進出したストッパ52(図2参照)に接触する。その結果、下流側端部にて、空の段ボール箱Cが停止する。なお、段ボール箱Cの各フラップF11、F12、F21、F22は、原則として上方へ起立した状態である。その後、搬入コンベア22が停止しストッパ52が後退して解除される。
双腕ロボット20が、第1のハンド45aを段ボール箱Cの中に挿し入れる。ここで、段ボール箱CのフラップF11、F12、F21、F22は、図3に2点鎖線で示すように、段ボール箱Cの内側又は外側に傾斜する場合がある。そこで、双腕ロボット20は、第1のハンド45aを段ボール箱Cの中に挿し入れる際、内側に傾斜したフラップF11、F12、F21、F22を回避するように、又は、第1のハンド45aが少なくとも各フラップF11、F12、F21、F22を内側に倒すことを回避するように、段ボール箱Cの開口の中央付近の上方から下方へ向かう軌跡を描いて、第1のハンド45aを移動させる。
双腕ロボット20が、第2のハンド45bの第2のパッド48bを用いて下流側内フラップF11を外側へ折り曲げる。双腕ロボット20は、第1のハンド45aを搬送方向上流側のフラップ(上流側内フラップF12)の内側へ移動させ、第1のパッド48aを用いてこの上流側内フラップF12を外側へ折り曲げる。続いて、双腕ロボット20は、第2のパッド48b及び第1のパッド48aをそれぞれ用いて、双腕ロボット20の手前側のフラップ(手前側外フラップF21)及び奥側のフラップ(奥側外フラップF22)を外側へ折り曲げる。
双腕ロボット20が、左へ約90度旋回する。作業台24の把持部材62が段ボール箱Cを解放する。双腕ロボット20は、第2のパッド48bを用いて段ボール箱Cの上流側側面を外側から押し、段ボール箱Cを作業台24から進出したストッパ64に突き当てる。再び、把持部材62が段ボール箱Cを把持する。双腕ロボット20は、第2のハンド45bを用いて上流側内フラップF12を外側へ開くように移動させる動作を行う。
続いて双腕ロボット20が、第1の吸着部47aを用いて、第2のグラビティコンベア32から緩衝材Bを取り出す。具体的には、双腕ロボット20は第1の吸着部47aにて最下流にある緩衝材Bの上面を吸着し、吸着した緩衝材Bを一度搬送方向上流側へ向かって押してから持ち上げて取り出す。その結果、吸着した緩衝材Bに後続する複数の緩衝材Bが一旦上流側に移動した後、それぞれ自重により下流側へ移動する。このように双腕ロボット20が吸着した緩衝材Bに後続する複数の緩衝材Bを一旦上流側に移動させることにより、緩衝材Bが第2のグラビティコンベア32の途中で停止することが抑制される。
双腕ロボット20が、第1及び第2のハンド45a、45bを用いて第1のグラビティコンベア31からインバータGを取り出す。具体的には、双腕ロボット20は第1及び第2のパッド48a、48bをインバータGの両端面に接触させて把持し、把持したインバータGを一度搬送方向上流側へ向かって押してから取り出す。その結果、取り出したインバータGに後続する複数のインバータGが一旦上流側に移動した後、それぞれ自重により下流側へ移動する。このように双腕ロボット20が取り出したインバータGに後続する複数のインバータGを一旦上流側に移動させることにより、インバータGが第1のグラビティコンベア31の途中で停止することが抑制される。
双腕ロボット20は、取り出したインバータGを組み付け部74の支持部材82に形成された窪み部84に載せる。インバータGは、長手方向中央部が支持部材82に支持される。従って、インバータGの両端は補助作業台34から浮いた状態となる。
双腕ロボット20が、第1のハンド45aの第1の吸着部47aを用いて、第2のグラビティコンベア32から2つ目の緩衝材Bを取り出す。並行して双腕ロボット20は、第2のハンド45bの第2の吸着部47bを用いて、ステップS2−2にて仮置き部72に仮置きされた緩衝材Bを吸着する。各緩衝材Bは、補助作業台34の組み付け部74に設けられた案内部材80の間に、各穴部70がインバータGの側を向くように載せられる。第1の吸着部47aに吸着された緩衝材Bは、双腕ロボット20から見てインバータGの左側に置かれる。第2の吸着部47bに吸着された緩衝材Bは、双腕ロボット20から見てインバータGの右側に置かれる。
双腕ロボット20が、第1及び第2のパッド48a、48bを用いて、インバータGの左右に位置する緩衝材Bを外側からインバータGに向かって押す。緩衝材Bは、1対の案内部材に80案内されて補助作業台34の上を滑り、インバータGに向かって移動する。前述のように、インバータGの両端は補助作業台34から浮いた状態であり、緩衝材Bに形成された穴部70に対応する高さにあるので、各穴部70がインバータGの両端に嵌り、緩衝材BはそれぞれインバータGに取り付けられる。
続いて、双腕ロボット20が、緩衝材BをインバータGに押し付けて把持した状態で、緩衝材BごとインバータGを持ち上げる。
双腕ロボット20は、右へ約90度旋回し、作業台24の上にある空の段ボール箱Cに正対する。
フラップF11、F12、F21、F22が直立していることを想定し、双腕ロボット20は、把持した緩衝材B及びインバータGを、内側に傾斜したフラップとの干渉を回避する軌跡、又は、少なくともフラップF11、F12、F21、F22を内側へ倒すことのない軌跡を描いて段ボール箱Cの開口部の上方に移動させる。
双腕ロボット20は、第1及び第2のハンド45a、45bを、それぞれ段ボール箱Cの上流側側面及び下流側側面に接触しない高さ(図3に示す開口高さH)まで降ろす。その後、双腕ロボット20は、段ボール箱Cの開口部の上方にて把持していた緩衝材Bを離し、インバータGを緩衝材Bと共に段ボール箱Cの内部に滑り込ませる。
双腕ロボット20は、再度第1及び第2のハンド45a、45bを用いて、それぞれ手前側外フラップF21及び奥側外フラップF22を外側へ折り曲げ、折り癖をつける。
双腕ロボット20は、再度第1及び第2のパッド48a、48bを用いて、それぞれ下流側内フラップF11及び上流側内フラップF12を外側へ折り曲げ、折り癖をつける。
双腕ロボット20が、右へ約90度旋回する。
双腕ロボット20は、第1及び第2の吸着部47a、47bを用いて、付属品供給台36に載せられたソフトウェアCD86及びマニュアル87をそれぞれ吸着する。
双腕ロボット20は、ソフトウェアCD86及びマニュアル87を持ち上げ、左へ約90度旋回し、作業台24の上にあるインバータGが詰められた段ボール箱Cに正対する。
双腕ロボット20は、吸着したマニュアル87及びソフトウェアCD86をそれぞれ順番に段ボール箱Cに詰める。その際、フラップF11、F12、F21、F22が内側に傾斜していることを想定し、双腕ロボット20は、吸着したマニュアル87及びソフトウェアCD86を、内側に傾斜したフラップとの干渉を回避する軌跡を描いて段ボール箱Cに詰める。
双腕ロボット20は、マニュアル87を詰めた後、旋回することなく第2のアーム42bを動作させて、第2の吸着部47bにて付属品供給台36の上の中板88を吸着する。双腕ロボット20は吸着した中板88を移動させ、作業台24の上の段ボール箱Cの開口部を塞ぐ。
双腕ロボット20は、第1及び第2のパッド48a、48bを用いて、下流側内フラップF11及び上流側内フラップF12を内側に折り込む。
作業台24の1対の把持部材62が段ボール箱Cを解放する。
双腕ロボット20は、第1のパッド48aを用いて段ボール箱Cの上流側側面を搬出コンベア26の方向に押し出す。前述のように、作業台24は、搬出コンベア26の搬送面と実質的に同じ高さになるように設置されているそのため、双腕ロボット20が第1のハンド45aを用いて段ボール箱Cを押すと、段ボール箱Cは作業台24から搬出コンベア26まで移動する。このように、梱包システム10は、双腕ロボット20自身が段ボール箱Cを移動させるので、双腕ロボット20の作業に合わせたタイミングで作業台24から搬出コンベア26に段ボールCを移動させるために、別の新たな機構を必要としない。
なお、前述の一連の動作は、順次行わずに、可能な場合には並行して行ってもよい。
第2の実施の形態に係る組立システム110は、加工システムの一例であり、作業として被加工物である母材Wに、複数種類の部品W1、W2を組み付ける組立作業を行うシステムである。
組立システム110は、図10に示すように、双腕ロボット20a、搬入コンベア22、作業台24、及び搬出コンベア26を備えている。
また、組立システム110には、双腕ロボット20aの近傍(動作範囲内)に、物品供給部の一例として、部品W1、W2をそれぞれ収納したワーク供給部131a、131bと、例えば2つの工具SD1、SD2を置く工具立て132が設けられている。
なお、組立システム110は、記憶装置、演算装置、表示装置、及び入力装置を有する上位コントローラとしてのシステムコントローラ111によってその動作が制御される。
搬入コンベア22により次々と図10に示す矢印方向に搬送される母材Wは、搬送面から進出したストッパ52に接触して下流側端部に停止する。その後、ストッパ52が後退して母材Wの規制が解除される。
また、第2のアーム42dの動作と並行して第1のアーム42cが動作し、第1のハンド145aでワーク供給部131aの部品W1を把持する。
また、これと並行して第2のアーム42dが動作して、工具立て132に置かれている部品W1を組み付ける工具SD1を第2のハンド145bで把持する。そして、第1のハンド145aにより仮支持された状態の部品W1を工具SD1を動作させて母材Wに完全に組み付ける。
そして、第1のアーム42cが動作して、作業台24上の母材Wの予め教示された位置に部品W2を配置させて仮支持する。第1のハンド145aにより仮支持された状態の部品W2を工具SD2を動作させて母材Wに完全に組み付ける。
その後、搬入コンベア22上の後続の母材Wに対して組立加工が繰り返し実行する。
本実施の形態では、双腕ロボット20aによる加工作業にかかる時間やタイミングがずれた場合であっても作業台24への母材Wの搬入及び搬出を双腕ロボット20a自らが行う。そのため、搬入コンベア22及び搬出コンベア26側に双腕ロボット20aの加工作業タイミングと同期させる等の新たな機構を設ける必要はない。また、搬入コンベア22、作業台24及び搬出コンベア26の高さ位置が実質的に同じ高さであるので、母材Wをスライドさせるだけで、移送することができ、双腕ロボット20aの各ハンド145a、145bに母材Wを把持するための機構を設ける必要もない。更に、搬入コンベア22、作業台24及び搬出コンベア26の上面に低摩擦加工を施したり、ローラ等を設けたりすることにより、母材Wの重量が大きい場合でも出力の大きいロボットを用いることなく、組立作業の自動化が可能である。
第1の実施の形態における梱包容器は、フラップを有する段ボール箱に限定されるものではなく、フラップのない段ボール箱であってもよい。その場合は、ロボットは、フラップに対する動作を省略することができる。更に、梱包容器は、樹脂等の材質で製造された容器であってもよい。
第2の実施の形態における加工作業には、組み立てられた製品(被加工物)を工具等を用いて解体する解体作業も含まれる。そして、解体された部品の内、再資源化等に有用な部品を第2の搬送部側に搬出させるように構成してもよい。
なお、前述の実施の形態では、説明の簡略化のため、システムコントローラは1つの独立した装置として示したが、ロボットを制御する制御装置とその他の機構の動作を制御する制御装置等を組み合わせて、その全体をシステムコントローラとして構成してもよい。
Claims (14)
- 物品を供給する物品供給部と、
被加工物を搬送する第1の搬送部と、
前記第1の搬送部の下流側に設けられ、前記第1の搬送部によって搬送された前記被加工物が載せられる作業台と、
前記物品供給部から前記物品を取り出し、予め教示された作業動作に従って、前記作業台の上に載せられた前記被加工物に該物品を用いて作業を施すロボットと、
前記作業台の下流側に設けられ、前記ロボットにより作業が施された前記被加工物を搬送する第2の搬送部とを備えた加工システム。 - 請求項1記載の加工システムにおいて、前記被加工物は、梱包容器であり、
前記ロボットは、前記梱包容器に前記物品を詰める作業を施す加工システム。 - 請求項2記載の加工システムにおいて、前記ロボットが、前記第1の搬送部によって搬送された前記梱包容器を前記作業台に運び入れ、前記物品を該梱包容器に詰めた後、該梱包容器を該作業台から前記第2の搬送部に運び出す加工システム。
- 請求項3記載の加工システムにおいて、前記梱包容器は、開口部にフラップを有する段ボール箱であり、
前記ロボットが、内側に傾斜した前記フラップとの干渉を回避する軌跡を描いて該ロボットのアームを移動させる加工システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の加工システムにおいて、前記物品供給部は、下流側が上流側よりも低く、搬送面が傾斜した第1のグラビティコンベアであり、
前記ロボットが前記第1のグラビティコンベアから物品を取り出す前に、該物品を上流側へ向かって押す加工システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の加工システムにおいて、前記物品と前記梱包容器との間に生じる空間に入れられる緩衝材を供給する緩衝材供給部を更に備えた加工システム。
- 請求項6記載の加工システムにおいて、前記緩衝材供給部は、下流側が上流側よりも低く、搬送面が傾斜した第2のグラビティコンベアであり、
前記ロボットは前記第2のグラビティコンベアから最下流の前記緩衝材を把持した後、該緩衝材を前記上流側に一旦押してから該緩衝材を持ち上げる加工システム。 - 請求項7記載の加工システムにおいて、前記第2のグラビティコンベアの緩衝材の上流側にウエイトが載せられている加工システム。
- 請求項8記載の加工システムにおいて、前記ウエイトは、金属板であり、前記緩衝材が、該金属板の上に載せられる加工システム。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の加工システムにおいて、前記ロボットが、第1及び第2のアームを有する双腕ロボットである加工システム。
- 請求項10記載の加工システムにおいて、前記第1及び第2のアームは、それぞれ、前記梱包容器に接触する第1及び第2の接触部材を有すると共に、前記緩衝材を吸着する第1及び第2の吸着部を有する加工システム。
- 請求項11記載の加工システムにおいて、前記双腕ロボットは、予め決められたタイミングにて、前記第1及び第2の接触部材にて前記フラップを前記開口部の外側へ折り曲げる動作を実行する加工システム。
- 物品を梱包する梱包容器を外部から作業台に搬入し、該物品を該作業台に搬入された該梱包容器に詰めた後、該物品が詰められた該梱包容器を該作業台から搬出するロボット。
- 物品を供給するステップと、
第1の搬送部により被加工物を作業台側に搬送するステップと、
ロボットが予め教示された動作に従って、前記作業台の手前まで搬送された前記被加工物を該作業台に載せるステップと、
前記ロボットが、前記作業台の上に載せられた前記被加工物に対して前記物品を用いて作業を施すステップと、
前記ロボットが、前記作業が施された前記被加工物を、外部に搬送するステップと、を含む加工品の製造方法。
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