JP2012187663A - 生産装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図ること。
【解決手段】生産装置１は、ロボット１２と、ロボット１２を側面から囲む外壁部１１２ａ〜１１２ｄとを備える。ロボット１２は、たとえば、胴体部１２１の両肩部分にそれぞれ右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂを取り付けた、いわゆる双腕ロボットである。また、ロボット１２は、外壁部１１２ｂ近傍に、外壁部１１２ｄへ背面を向けて配置される。そして、外壁部１１２ａ〜１１２ｄは、ロボット１２の可動範囲内に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットを用いた生産装置に関する。

近年、生産工場等では、市場の急速な変化に対応するために、ライン生産方式等の大量生産方式からセル生産方式等の多品種少量生産への移行が進んでいる。ここで、セル生産方式とは、セルと呼ばれる作業領域内で１人または複数人がワークに対する作業を行う生産方式である。

さらに、近年では、上記のセル生産を人に代わってロボットが自動的に行う生産装置も開発されつつある。たとえば、特許文献１には、ロボットと、ロボットの周囲を囲むセルとを備えた生産装置が開示されている。

特開２００６−０２６７７７号公報

しかしながら、従来の生産装置には、装置の小型化を図るという点で改善の余地があった。

たとえば、従来の生産装置において、セルは、作業中のロボットと人との接触を確実に防止するために、ロボットの可動範囲を包含するように広めに設計されることが一般的である。このため、生産装置のサイズは、十分に小型化されているとはいえない。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができる生産装置を提供することを目的とする。

本願の開示する生産装置は、ロボットと、前記ロボットを側面から囲む外壁と、を備え、前記外壁の少なくとも一部は、前記ロボットの可動範囲内に設けられる。

本願の開示する生産装置の一つの態様によれば、小型化を図ることができる。

図１は、本実施例に係る生産装置の模式外観図である。 図２は、本実施例に係る生産装置の模式上面図である。 図３は、本実施例に係る生産装置の模式側面図である。 図４は、図２に示すＨ部の拡大図である。 図５は、生産装置のレイアウトの変更例である。

以下に添付図面を参照して、本願の開示する生産装置のいくつかの実施例を詳細に説明する。ただし、これらの実施例における例示で本発明が限定されるものではない。

［生産装置の外観］
図１は、本実施例に係る生産装置の模式外観図である。図１に示すように、本実施例に係る生産装置１は、直方体状のセル１１内にロボット（ここでは図示せず）を収納したものである。

具体的には、セル１１は、下面にキャスタ１１１ａおよびストッパ１１１ｂが設けられた矩形状の架台１１１と、架台１１１の各辺に設けられた外壁部１１２ａ〜１１２ｄとを備える。そして、ロボットは、架台１１１と外壁部１１２ａ〜１１２ｄとによって形成される空間内に収納される。

このように、生産装置１は、ロボットおよび外壁部１１２ａ〜１１２ｄをキャスタ１１１ａ付きの架台１１１上に備える。このため、作業者等は、生産装置１を所望の場所へ容易に移動させることができる。

したがって、たとえば、生産工場等における生産装置１のレイアウト変更を容易に行うことが可能となる。また、架台１１１の下面にはストッパ１１１ｂも設けられているため、生産装置１を所望の位置で固定しておくこともできる。

また、セル１１内には、ロボットの他に、生産装置１の動作に必要な各種の機器が全て収容されており、生産装置１は、電源供給用のプラグ１１３を外部電源と接続するだけで動作可能な状態とすることができる。したがって、作業者等は、生産工場等における生産装置１のレイアウト変更をさらに容易におこなうことができる。

また、セル１１の正面側の外壁部１１２ａには、ワークの出し入れを行うための開口部１１４や、ロボットの作業状況を確認するためのモニタ１１５、各種の計器１１６、スイッチ（図示せず）等が集中配置されている。これにより、作業者等は、生産装置１の操作をセル１１の正面側のみで行うことができる。

さらに、各外壁部１１２ａ〜１１２ｄの一部には、窓部１１７が設けられており、作業者等は、かかる窓部１１７からセル１１の内部を視認することができる。なお、本実施例において、窓部１１７は、透明、かつ、耐衝撃性に優れたポリカーボネートで形成されるが、かかる点については、図４を用いて後述する。

ところで、セルは、作業中のロボットと人との接触を確実に防止するために、ロボットの可動範囲（ロボットが動くことのできる最大範囲）を包含するように広めに設計されることが一般的である。

しかし、作業内容によっては、作業時にロボットが動く範囲（以下、「動作範囲」と記載する）が、ロボットの可動範囲と比較して僅かである場合もある。このような場合、セル内の空間は、ロボットの動作範囲に対して無駄に広いといえる。

このように生産装置は、セル内の空間が無駄に広い（すなわち、装置サイズが無駄に大きい）場合、生産工場等において無駄なスペースを取るだけでなく、上述したレイアウト変更等にも大きな労力がかかるおそれがある。

そこで、本実施例に係る生産装置１は、セル１１の外壁部１１２ａ〜１１２ｄをロボットの可動範囲内に設けることで、生産装置１の小型化を図ることとした。なお、セル内の空間を単に狭くしただけでは、たとえばロボットの異常動作等が起きた場合にロボットがセルと接触する可能性が高くなる。このため、本実施例では、生産装置１の安全性を高めるための工夫も併せて施すこととした。以下では、これらの点について具体的に説明する。

なお、以下では、生産装置１を正面から見た場合の奥行き方向をＸ方向とする。また、生産装置１の設置面と水平な方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とする。

［生産装置の内部構成］
図２は、本実施例に係る生産装置１の模式上面図である。図２に示すように、生産装置１は、セル１１内に、ロボット１２および作業台１３等を収納する。ここで、同図に示すように、セル１１は、ロボット１２の外形よりも僅かに大きい程度の大きさに形成される。具体的には、セル１１の各外壁部１１２ａ〜１１２ｄは、ロボット１２の可動範囲よりも狭く、かつ、ロボット１２の動作範囲よりも広い範囲をカバーするように設けられる。このように、ロボット１２の可動範囲内にセル１１を設けることで、生産装置１の小型化を図ることができる。

ロボット１２は、胴体部１２１の両肩部分にそれぞれ右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂを取り付けた、いわゆる双腕ロボットである。かかるロボット１２は、外壁部１１２ｄ近傍に、外壁部１１２ｂへ背面を向けた状態で配置される。右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂは、それぞれが多軸ロボット（たとえば７軸ロボット）であり、先端には、作業に応じたエンドエフェクタが設けられる。

なお、本実施例においてロボット１２は、ワークＡを右アーム１２２ａで把持するとともにワークＢを左アーム１２２ｂで把持したのち、ワークＡをワークＢへ圧入する作業を行うものとする。ただし、ロボット１２が行う作業は、これに限ったものではない。また、ロボット１２は、ワークに対する作業をセル１１内に設けられた作業装置（図示せず）と共働して行うこととしてもよい。

また、ロボット１２の胴体部１２１は、アクチュエータ１２３を介してベース部１２４と接続されており、アクチュエータ１２３の回転軸Ａ１を中心に旋回可能となっている。

ここで、ロボット１２は、アクチュエータ１２３の回転軸Ａ１と、胴体部１２１に対する右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂの取り付け位置Ａ２（右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂの旋回軸）とが、Ｘ軸方向においてＤ１だけずれるように設計されている。つまり、ロボット１２は、ベース部１２４に対して胴体部１２１が前方へせり出した状態（前傾姿勢）となっている。

このように、ロボット１２を前傾姿勢とすることで、ロボット１２を直立姿勢とした場合（Ａ１およびＡ２を一致させた場合）と比較して、右アーム１２２ａおよび左アーム１２２ｂをベース部１２４により近い場所まで移動させることが可能となる。

そして、かかる前傾姿勢によってロボット１２の胴体部１２１の下方に形成される空間（ロボット１２の懐部分）に作業台１３が配置されるとともに、ロボット１２は、かかる作業台１３の上方、すなわち、ベース部１２４近傍の懐部分においてワークに対する作業を行う。

このように、ロボット１２の胴体部１２１を前傾させ、かかる胴体部１２１の下方に作業台１３を配置することで、ロボット１２は、ベース部１２４により近い場所で作業を行うことが可能となる。したがって、ベース部１２４と作業台１３との間のすき間を少なくすることができ、セル１１のＸ方向の幅をより短くすることができる。この結果、生産装置１の更なる小型化を図ることができる。

また、ロボット１２のベース部１２４は、後述する制御装置等からの配線ケーブル２００を接続するコネクタ１２４ａを備える。かかるコネクタ１２４ａは、セル１１の背面側の外壁部１１２ｂ以外の向き、ここでは、右アーム１２２ａ側に設けられる。

このように、コネクタ１２４ａをロボット１２背面の外壁部１１２ｂ以外の向きに設けることにより、図中に点線で示すように、ロボット１２とロボット１２背面の外壁部１１２ｂとの間に、配線ケーブル２００の取り回しのためのスペースを確保する必要がなくなる。

したがって、セル１１のＸ方向の幅をさらに狭くすることができ、生産装置１をさらに小型化することが可能となる。

図２では、コネクタ１２４ａが、右アーム１２２ａ側に設けられる場合の例を示したが、コネクタ１２４ａは、左アーム１２２ｂ側に設けられてもよいし、ロボット１２の前方側に設けられてもよい。

なお、本実施例に係るロボット１２は、本来、コネクタ１２４ａが、ロボット１２の背面側に位置するように設けられたタイプのロボットである。このため、ロボット１２は、ベース部１２４に対して胴体部１２１を９０度旋回させた状態でセル１１内に収容される。ただし、ロボットは、コネクタが元々背面以外の向きに設けられたタイプのロボットであってもよい。

なお、本実施例に係るロボット１２は、所謂汎用ロボットである。すなわち、ロボット１２は、適宜の場所に設置可能であり、Ｘ方向（正面向き）を中心にアクチュエータ１２３の可動範囲が設定されている。

な例えば、ロボット１２のアクチュエータ１２３は、Ｘ方向を０度（ｄｅｇｒｅｅ）として±１８０度に設定されている。ロボット１２をセル１１に設置する際には、アクチュエータ１２３を９０度程度旋回させた姿勢で、コネクタの位置がＹ方向に略沿うように設定している。

これにより、セル１１内にロボット設置しない用途でもロボットを好適に使うことができるとともに、本実施例のごとく、ロボットをセル１１内に収納することでよりコンパクトなセルを構成することができる。

生産装置１の内部構成について図３を用いてさらに説明する。図３は、本実施例に係る生産装置１の模式側面図である。なお、図３においては、セル１１の内部構成を理解し易くするために、セル１１の形状を簡略化して示している。

図３に示すように、セル１１の内部には、ロボット１２や作業台１３以外に、ロボット１２を含む生産装置１全体の制御を行う制御装置１４も収納される。かかる制御装置１４は、たとえば、あらかじめ登録された作業情報に従ってロボット１２を移動させる制御や、エンドエフェクタの動作制御等を行うものである。

かかる制御装置１４は、作業台１３の下部に生じたデッドスペースに配置される。具体的には、作業台１３は、作業者等がワークの出し入れ等を行い易いように、設置面から比較的高い位置に設けられることが通常である。したがって、作業台１３の下部には、デッドスペースが生じることとなる。

そこで、生産装置１は、制御装置１４を作業台１３の下部に配置することにより、作業台１３の下部に生じたデッドスペースを有効利用することとした。これにより、生産装置１の更なる小型化を図ることができる。

また、生産装置１は、計器１１６等を設置する設置台１５をセル１１の上部に備える。すなわち、ロボット１２の上部に生じるデッドスペースに対して設置台１５を設けることで、かかるデッドスペースを有効利用することができ、生産装置１の更なる小型化を図ることができる。

なお、セル１１内には、ロボット１２を作業台１３の高さに合った高さに調整するための調整台１２５も設けられる。かかる調整台１２５は、両端にフランジ部を備えた略円筒状の部材であり、一端側のフランジ部がセル１１の床面（すなわち、架台１１１）と固定され、他端側のフランジ部がロボット１２のベース部１２４と固定される。

［生産装置の安全対策］
次に、生産装置１の安全性を高めるための構成について図４を用いて説明する。図４は、図２に示すＨ部の拡大図である。

図４に示すように、生産装置１には、外壁部１１２ａ〜１１２ｄよりも内側に仮想壁３００が設定される。仮想壁３００は、ロボット１２の移動を制限する仮想的な壁であり、制御装置１４によって設定される。

すなわち、制御装置１４は、ロボット１２が仮想壁３００を越えて動作しないように制御する。これにより、ロボット１２は、たとえば動作異常等が発生した場合であっても、仮想壁３００を越えないように動作が制限されるため、外壁部１１２ａ〜１１２ｄと接触することを防止することができる。なお、図４では、外壁部１１２ｃ近傍の仮想壁３００のみを示しているが、仮想壁３００は、ロボット１２の周囲を取り囲むように設定される。

このように、仮想壁３００を設定し、ロボット１２の可動範囲を外壁部１１２ａ〜１１２ｄよりも内側に制限することで、ロボット１２が外壁部１１２ａ〜１１２ｄと接触する可能性を低減することができる。したがって、生産装置１の安全性を高めることができ、外壁部１１２ａ〜１１２ｄやロボット１２の破損を防止することもできる。

また、制御装置１４は、ロボット１２の作動トルクを所定の閾値未満に制限する処理も併せて行う。たとえば、制御装置１４は、ロボット１２の作動トルクを最大トルクの５０％未満に制限する。これにより、万一、ロボット１２が外壁部１１２ａ〜１１２ｄと接触した場合であっても、作動トルクが制限されていない場合と比較して、外壁部１１２ａ〜１１２ｄあるいはロボット１２が受ける衝撃を少なくすることができる。

さらに、外壁部１１２ａ〜１１２ｄに設けられる窓部１１７は、耐衝撃性に優れたポリカーボネートで形成される。したがって、万一、ロボット１２が窓部１１７と接触した場合であっても、窓部１１７が破損し難く、ガラスのように破片が飛び散って作業者等が怪我をする可能性が低い。

このように、本実施例では、外壁部１１２ａ〜１１２ｄよりも内側に仮想壁３００を設け、ロボット１２の作動トルクを制限し、耐衝撃性に優れたポリカーボネートで窓部１１７を形成することとした。したがって、生産装置１を小型化した場合であっても、安全性を確保することができる。

なお、ここでは、耐衝撃性に特に優れたポリカーボネートを用いて窓部１１７を形成することとしたが、窓部１１７は、ポリカーボネート以外の耐衝撃性樹脂であってもよい。たとえば、ポリカーボネート以外の耐衝撃性樹脂としては、アクリル樹脂（ポリメタクリル酸エステル樹脂）、ＡＢＳ樹脂、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）などがある。

［生産装置のレイアウト変更］
次に、生産装置１のレイアウト変更について図５を用いて説明する。図５は、生産装置１のレイアウト変更の一例である。

図５に示すように、生産工場等において、複数の生産装置１が横一列に配置されているとする。ここで、図１を用いて既に説明したように、生産装置１は、開口部１１４やモニタ１１５、計器１１６等がセル１１の正面側に集中配置されている。

すなわち、生産装置１の側面には、計器類やスイッチ等が設けられていないため、複数の生産装置１を横一列に配置するような場合に、生産装置１をすき間なく並べることができ、生産工場等のスペースを有効利用することができる。

生産装置１のレイアウトを変更する場合、作業者等は、プラグ１１３を外部電源から抜き取り、架台１１１のストッパ１１１ｂを解除したうえで、生産装置１を所望の場所へ移動させる。このとき、図１等を用いて既に説明したように、生産装置１には、架台１１１にキャスタ１１１ａが設けられているため、作業者等は、生産装置１を容易に移動させることが可能である。

さらに、生産装置１は、従来の生産装置と比較して小型に設計されているため、作業者等は、生産装置１の移動をさらに容易に行うことができる。なお、図５では、横一列に配置されていた３台の生産装置１が、Ｕ字状に配置し直されている。

上述してきたように、本実施例では、ロボット１２と、ロボット１２を側面から囲む外壁部１１２ａ〜１１２ｄとを備え、外壁部１１２ａ〜１１２ｄが、ロボット１２の可動範囲内に設けられることとした。したがって、本実施例によれば、小型化を図ることができる。

また、本実施例では、制御装置１４が、ロボット１２の作動トルクを所定の閾値未満に制限する処理およびロボット１２の可動範囲を外壁部１１２ａ〜１１２ｄよりも内側に制限する処理を行うこととした。したがって、安全性を確保しつつ、小型化を図ることができる。

さらに、上述してきた実施例では、外壁部１１２ａ〜１１２ｄの窓部１１７を耐衝撃性樹脂で形成することとしたため、生産装置１の安全性をさらに高めることができる。

なお、上述してきた実施例では、外壁部１１２ａ〜１１２ｄの全てがロボット１２の可動範囲内に設けられる場合の例について説明したが、外壁部１１２ａ〜１１２ｄの一部のみをロボット１２の可動範囲内に設けることとした場合であっても、生産装置１の小型化を図ることができる。

また、上述してきた実施例では、生産装置１の移動を容易とするために、キャスタ１１１ａ付きの架台１１１上に外壁部１１２ａ〜１１２ｄおよびロボット１２を備えることとした。しかし、これに限ったものではなく、たとえば、移動の必要がない据え置き型の生産装置の場合には、架台１１１を備えなくともよい。

また、上述してきた実施例では、セル１１が直方体状である場合の例について説明したが、セル１１の形状は、これに限ったものではなく、立方体状であってもよいし円筒状であってもよい。

また、上述してきた実施例では、制御装置１４が、ロボット１２の作動トルクを所定の閾値未満に制限する処理およびロボット１２の可動範囲を外壁部１１２ａ〜１１２ｄよりも内側に制限する処理の双方を行うこととしたが、制御装置１４は、これらの処理のうち一方のみを行うこととしてもよい。

また、上述してきた実施例では、セル１１内に収納されるロボット１２が、いわゆる双腕ロボットである場合の例について説明したが、これに限ったものではなく、ロボットは、単腕ロボットであってもよい。

ところで、上述してきた実施例では、ロボット１２と作業台１３との位置関係がずれないことを前提として説明した。しかし、たとえば、仮に架台１１１にたわみが生じた場合などには、ロボット１２と作業台１３との位置関係がずれてしまい、ワークに対する作業が正常に行われなくなることも考えられる。

そこで、生産装置１は、たとえばステンレスやチタン等の高剛性金属で架台１１１を形成することで、ロボット１２の位置ずれを生じ難くしてもよい。また、ロボット１２に傾斜計を取り付け、制御装置１４が、傾斜計の測定結果に応じてロボット１２の動作を補正するようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 生産装置
１１ セル
１２ ロボット
１３ 作業台
１４ 制御装置
１５ 設置台
１１１ 架台
１１１ａ キャスタ
１１１ｂ ストッパ
１１２ａ〜１１２ｄ 外壁部
１１３ プラグ
１１４ 開口部
１１５ モニタ
１１６ 計器
１１７ 窓部
１２１ 胴体部
１２２ａ 右アーム
１２２ｂ 左アーム
１２３ アクチュエータ
１２４ ベース部
１２４ａ コネクタ
１２５ 調整台
２００ 配線ケーブル
３００ 仮想壁

Claims (7)

1. ロボットと、
   前記ロボットを側面から囲む外壁と、
   を備え、
   前記外壁の少なくとも一部は、
   前記ロボットの可動範囲内に設けられること
   を特徴とする生産装置。
2. 前記可動範囲内の前記外壁は、
   耐衝撃性樹脂の部材を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の生産装置。
3. 前記ロボットの作動トルクを所定の閾値未満に制限する処理および前記ロボットの前記可動範囲を前記外壁よりも内側に制限する処理の一方または双方を行う制御部
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の生産装置。
4. キャスタが設けられた矩形状の架台上に前記ロボットおよび前記外壁を備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載の生産装置。
5. 前記ロボットは、
   双腕ロボットであって、前記矩形状の架台の１辺に設けられた前記外壁の近傍に当該外壁へ背面を向けて配置されており、
   前記ロボットのコネクタは、
   前記背面以外の向きに設けられることを特徴とする請求項４に記載の生産装置。
6. 前記ロボットは、
   前傾した胴体部を備えており、
   前記胴体部の下方に配置された作業台
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の生産装置。
7. 前記制御部は、
   前記作業台の下方に配置されることを特徴とする請求項６に記載の生産装置。

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