JP2012254487A - 生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】授受作業によって生じるワークの位置ズレを低減し、かつ組み付け作業中に授受作業を行うことで、生産効率を向上させることが可能な生産システムを提供する。
【解決手段】上流側の搬送ロボット４Ａは、把持部４２Ａ、ロボットアーム部４１Ａ及び力覚センサ２０Ａを有している。下流側の搬送ロボット４Ｂは、把持部４２Ｂ、ロボットアーム部４１Ｂ及び力覚センサ２０Ｂを有している。制御装置５０Ｂは、ワークＷの授受作業の際に、力覚センサ２０Ａと力覚センサ２０Ｂにより検知される力の総和を一定に維持するように制御する。更に、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２０Ａと力覚センサ２０Ｂにより検知されるモーメントの大きさが等しい状態を維持するように制御する。制御装置５０Ｂは、これらの状態を維持しながら、力覚センサ２０Ａにより検知される力が漸次０となるように、把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、製造装置のレイアウトに沿って搬送ロボットが配置され、搬送ロボットがワークの搬送を行う生産システムに関するものである。

事務機器等を生産する従来の生産システムにおいては、複数の製造作業ロボット等による製造装置に沿って、各々ワークを所定の製造作業位置で位置決め把持する支持装置と、支持装置にワークを順次搬送する搬送ロボットとを備えている。そして、支持装置で位置決め把持したワークに対して製造装置により、組み付け部材を組み付ける製造作業を順に行っている。このような生産システムの従来について図８に基づいて説明する。

図８は従来の生産システムの概略構成を示す斜視図である。図８に示すように従来の生産システムでは、搬送ライン１６２に沿って把持部１５４Ａ〜１５４Ｄを有する搬送ロボット５４Ａ〜５４Ｄが配置されている。そして、製造装置５２Ａ〜５２Ｃのそれぞれに対応する位置には、支持装置５３Ａ〜５３Ｃのそれぞれが配置されている。

そして、製造装置５２ＡによりワークＷに組み付け作業を行う際には、搬送ロボット５４Ａが上流工程１６０からワーク搬送方向（矢印Ａ方向）と平行な方向に前進し、支持装置５３ＡへワークＷの搬送を行う。搬送ロボット５４Ａは、ワークＷを支持装置５３Ａへ受渡し、支持装置５３ＡがワークＷの位置決め把持を行う。

その後、搬送ロボット５４Ａは、ワークＷ及び支持装置５３Ａに干渉しないように把持部１５４Ａを下降して後退移動する。支持装置５３Ａにより位置決め把持されたワークＷに対して製造装置５２Ａが組み付け部材を組み付ける製造作業を開始する。搬送ロボット５４Ｂは搬送ロボット５４Ａの後退を確認後、ワークＷおよび支持装置５３Ａに干渉しないように把持部１５４Ｂを下降させて、支持装置５３Ａが位置決め把持しているワークＷの下近傍に後退し、製造装置５２Ａの製造作業が完了するまで待機する。そして、製造装置５２Ａの製造作業完了後、搬送ロボット５４ＢはワークＷの受取り高さ５９まで上昇し、支持装置５３ＡからワークＷを受取る。そして、搬送ロボット５４Ｂは下流の支持装置５３ＢへワークＷを搬送する。この従来の生産システムは、搬送ロボット５４Ａ〜５４Ｄと支持装置５３Ａ〜５３Ｃとの間でワークＷの授受作業を行い、製造作業を順次経ながらワークＷを下流工程１６１へ搬送していくものである。

ところで、上記した従来の生産システムでは、搬送ロボットによって搬送されたワークを支持装置に受渡してから製造装置による所定の製造作業を行い、製造作業の完了後に支持装置と搬送ロボット間で授受作業を行ってからでないと下流工程へ搬送できなかった。したがって、授受作業が生産システムのサイクルタイムに影響するという問題があった。

そこで、製造作業中にワークの授受作業を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１では、電子部品付き液晶基板の電子部品に予め貼り付けられたＡＣＦにプリント基板を圧着する圧着作業中に、電子部品付き液晶基板の授受作業を行う技術となっている。

この授受作業を行う際には授受作業で発生した力によりワークに位置ズレが生じる。ワークと組み付け部材とがＡＣＦのような柔軟な部材で接続される場合においては、ワークの位置ズレ量を柔軟な部材の変形で吸収し、組み付け部材の位置ズレ量は少なくなるため、授受作業で生じるワークの位置ズレが製造作業への影響が少ない。

特開２００２−５７４９４号公報

しかし、樹脂部品や金属部品等の硬質部材をワークに組み付ける生産システムでは、授受作業で生じるワークの位置ズレの大きさによっては所望する組み付け作業の結果を得るのが困難であった。つまり、樹脂部品や金属部品等の硬質部材では、柔軟な部材のように変形して位置ズレ量を少なくすることはできず、授受作業を行うワークの位置ズレ量が組み付け作業を行う硬質部材の位置ズレ量となる。したがって、組み付け部材をワークに組み付けることができなかったり、組み付け部材が外れてしまったり、組み付け部材が外れかかった状態となってしまったりという所望していない組み付け作業の結果が起きてしまう可能性があった。

そのため、従来の生産システムでは、硬質部材をワークに組み付ける際には、ワークの授受作業を組み付け作業の前後で行わなければならず、授受作業にかかる時間がサイクルタイムに影響してしまうので、更なる生産効率の向上の為に改善が望まれていた。

そこで、本発明は、授受作業によって生じるワークの位置ズレを低減し、かつ組み付け作業中に授受作業を行うことで、生産効率を向上させることが可能な生産システムを提供することを目的とする。

本発明は、作業位置に搬送されたワークに硬質部材を組み付ける製造装置と、ワークを把持する第１の把持部、及び前記第１の把持部を移動させる多関節の第１のロボットアーム部を有し、前記第１の把持部によりワークを把持して前記作業位置にワークを搬入する第１の搬送ロボットと、ワークを把持する第２の把持部、及び前記第２の把持部を移動させる多関節の第２のロボットアーム部を有し、前記第２の把持部によりワークを把持して前記作業位置からワークを搬出する第２の搬送ロボットと、前記製造装置による組み付け作業中に、前記作業位置にて前記第１の把持部により把持されているワークを前記第２の把持部により把持させて前記第１の把持部と前記第２の把持部との間でワークの授受作業を行うよう、前記第２のロボットアーム部の動作を制御する制御装置と、を備え、前記第１の搬送ロボットは、前記第１の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第１の力覚センサを有し、前記第２の搬送ロボットは、前記第２の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第２の力覚センサを有し、前記制御装置は、前記授受作業の際に、前記第１の力覚センサにより検知される力と前記第２の力覚センサにより検知される力との総和を一定に維持し、且つ、前記第１の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさと前記第２の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさとが等しい状態を維持しながら、前記第１の力覚センサにより検知される力が漸次０となるように、前記第２のロボットアーム部を動作させて前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更することを特徴とする。

本発明によれば、授受作業によって生じるワークの位置ズレが低減され、組み付け作業中に授受作業を行うことにより、生産効率を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る生産システムの要部の説明図であり、（ａ）は搬送ロボット及び支持装置の斜視図、（ｂ）は別の角度から見た搬送ロボット及び支持装置の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る生産システムの要部の説明図であり、（ａ）は隣り合う一対の搬送ロボット及び製造装置をＹ軸方向と平行な方向から見た正面図、（ｂ）は制御装置への接続関係を示したブロック図である。 ２つの把持部の間でワークを授受する際に各把持部に作用する力を示すイメージ図である。 ワークの授受を行う際のタイムチャートを示す図である。（ａ）は組み付け作業時間が授受作業時間より長い場合のタイムチャートを示す図である。（ｂ）は授受作業時間が組み付け作業時間より長い場合のタイムチャートを示す図である。（ｃ）は授受作業の一部と組み付け作業の一部が同時に行われている場合のタイムチャートを示す図である。 本発明の実施の形態に係る生産システムの動作を説明するための図である。（ａ）は上流側の搬送ロボットがワークを上流工程から搬送開始した状態を示す図である。（ｂ）は上流側の搬送ロボットと支持装置との間でワークの授受を行っている状態を示す図である。（ｃ）は支持装置によりワークが支持されている状態を示す図である。（ｄ）は支持装置と下流側の搬送ロボットとの間でワークの授受を行っている状態を示す図である。（ｅ）は下流側の搬送ロボットがワークを下流工程に搬送開始した状態を示す図である。（ｆ）は下流側の搬送ロボットがワークを下流工程に搬送している状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係る生産システム及び従来の生産システムの動作のタイムチャートを示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る生産システムにおいて、上流側の搬送ロボットと下流側の搬送ロボットとの間で支持装置を介してワークの授受作業を行う第２のモードに設定された場合の動作のタイムチャートを示す図である。（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る生産システムにおいて、上流側の搬送ロボットと下流側の搬送ロボットとの間で支持装置を介さずにワークの授受作業を行う第１のモードに設定された場合の動作のタイムチャートを示す図である。（ｃ）は、従来の生産システムの動作のタイムチャートを示す図である。 従来の生産システムの概略構成を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。図１に示す生産システム１００は、搬送ライン１に沿って配置された複数の製造装置２Ａ〜２Ｃ（２）と、各製造装置２の近傍にそれぞれ配置された支持装置３Ａ〜３Ｃ（３）とを備えている。また、生産システム１００は、搬送ライン１上を移動する複数の搬送ロボット４Ａ〜４Ｄ（４）を備え、各搬送ロボット４がワークＷを位置決め把持するように構成されている。そして、位置決め把持したワークＷに対して上流の製造装置２Ａから下流の製造装置２Ｃまで順次所定の組み付け作業を行うと共に、支持装置３と搬送ロボット４と間でワークＷの授受作業を行いながら上流工程６０から下流工程６１へワークＷを搬送する。

各製造装置２は、それぞれの作業位置に搬送されたワークＷに対して、ワーク搬送方向（矢印Ａ方向）に沿うＸ軸に直交し鉛直方向に延びるＺ軸の方向から、不図示の組み付け部材を組み付けるものである。本実施の形態で搬送されるワークＷは剛体である。また、製造装置２によってワークＷに組み付けられる組み付け部材は樹脂部品や金属部品等の硬質部材である。

まず、各搬送ロボット４の構成について、図２を参照しながら説明する。搬送ロボット４は、図２（ｂ）に示すように、多関節のロボットアーム部４１と、ロボットアーム部４１の先端に設けられた把持部４２とを備えている。また、搬送ロボット４は、ロボットアーム部４１の基端を支持し、ロボットアーム部４１を矢印Ａで示すワーク搬送方向と平行な方向に移動可能な基台４３を備えている。

ロボットアーム部４１は、複数のリンク部材４１ａ，４１ｂ，４１ｃを有している。具体的に説明すると、ロボットアーム部４１は、基台４３に対して矢印Ａで示すワーク搬送方向（Ｘ軸方向）と鉛直に直交するＺ軸まわりに旋回可能に支持された第１のリンク部材４１ａを有している。また、ロボットアーム部４１は、第１のリンク部材４１ａに対してワーク搬送方向と水平に直交する軸線まわりに旋回可能に支持された第２のリンク部材４１ｂを有している。また、ロボットアーム部４１は、第２のリンク部材４１ｂに対してワーク搬送方向と水平に直交する軸線まわりに旋回可能に支持された第３のリンク部材４１ｃを有している。そして、把持部４２は、第３のリンク部材４１ｃに支持されている。図２の状態では、第２のリンク部材４１ｂ及び第３のリンク部材４１ｃは、ワーク搬送方向に延びるＸ軸に直交し、水平方向に延びるＹ軸まわりに旋回可能となっている。このように、ロボットアーム部４１の各リンク部材４１ａ〜４１ｃが動作することで、把持部４２を移動、即ち把持部４２の位置及び姿勢を変更させることができる。

ロボットアーム部４１は、基台４３に対してワーク搬送方向（Ｘ軸方向）と鉛直に直交するＺ軸まわりに水平面内に１８０°以上、第１のリンク部材４１ａを旋回させるアクチュエータ１０を有している。また、ロボットアーム部４１は、第１のリンク部材４１ａに連結された第２のリンク部材４１ｂをピッチング方向に位置と姿勢を変更するためのアクチュエータ１１を有している。また、ロボットアーム部４１は、第２のリンク部材４１ｂに連結された第３のリンク部材４１ｃをピッチング方向に位置と姿勢を変更するためのアクチュエータ１２を有している。

また、搬送ロボット４は、ロボットアーム部４１の先端である第３のリンク部材４１ｃと把持部４２との間に設けられ、把持部４２（即ちワークＷ）に作用する力及びモーメントを検知する力覚センサ２０を有している。つまり、把持部４２は、ロボットアーム部４１の先端に力覚センサ２０を介して設けられている。この力覚センサ２０について具体的に説明すると、力覚センサ２０は、ワークＷに組み付け部材である硬質部材を組み付ける組み付け方向、即ちＺ軸方向の力を検知する。また、力覚センサ２０は、矢印Ａで示すワーク搬送方向と直交し、水平方向に延びる軸線（Ｙ軸）まわりのモーメントを検知する。

把持部４２は、ワークＷの下面を支持すると共に、ワークＷのワーク搬送方向上流側の面及び下流側の面を把持するように構成されている。具体的に説明すると、把持部４２は、図２（ａ）に示すように、ワークＷを受取る為の固定部１４と、ワークＷを固定部１４に押し当てて位置決め把持する為の押し当て部１５とを有している。

ここで、例示した搬送ロボット４は一例であり、把持部４２を所望する位置及び姿勢へ移動させることが可能であれば、リンク部材とアクチュエータの数は限定されない。また、力覚センサ２０は、一例であり、組み付け作業において位置ズレが問題となる方向の力とモーメントを検知可能であれば、６軸力覚センサを用いても良いし、力覚センサ２０を把持部４２の先端に備える構造としても良い。

次に、各支持装置３の構成について、図２を参照しながら説明する。支持装置３は、図２（ａ）に示すように、支持部である一対の支持機構３１，３１と、ワークＷを把持する把持部である一対の位置決めピン１９，１９と、を有している。

各支持機構３１は、Ｚ軸方向に駆動可能なアクチュエータ１６と、アクチュエータ１６に連結されてＹ軸方向に駆動可能なアクチュエータ１７とを有している。つまり、アクチュエータ１６は、アクチュエータ１７をＺ軸方向に移動させる。

アクチュエータ１７の先端（上端）には、アクチュエータ１７によってＹ軸方向に移動されるＬ字形状の支持具３２が設けられている。つまり、アクチュエータ１７は、支持具３２をＹ軸方向に移動させる。この支持具３２の垂直面には、水平方向に突出する位置決めピン１９が配置されている。

また、各支持機構３１は、支持具３２に支持され、位置決めピン１９をＹ軸まわりに回転駆動するアクチュエータ１８を有している。このアクチュエータ１８によって位置決めピン１９を回転駆動することにより、ワークＷの姿勢をＹ軸回りに変更可能である。位置決めピン１９は、アクチュエータ１８に支持されている。

このように構成された一対の支持機構３１，３１は、搬送ライン１を挟んで対向して配置されており、各アクチュエータ１７，１７を駆動することにより、一対の位置決めピン１９，１９が互いに近接又は離間するようになっている。そして、一対の位置決めピン１９，１９でワークＷの側面を挟み込むことで、ワークＷが把持される。

このように、アクチュエータ１６を駆動することで、製造装置２による組み付け方向（Ｚ軸方向）に位置決めピン１９の位置を変更可能であり、アクチュエータ１８を駆動することで、Ｙ軸まわりに位置決めピン１９の姿勢を変更可能である。

また、支持装置３は、把持部である各位置決めピン１９に作用する力及びモーメントを検知する力覚センサ２２を有している。力覚センサ２２は、例えば支持具３２に設けられている。この力覚センサ２２について具体的に説明すると、力覚センサ２２は、ワークＷに組み付け部材である硬質部材を組み付ける組み付け方向、即ちＺ軸方向の力を検知する。また、力覚センサ２２は、矢印Ａで示すワーク搬送方向と直交し、水平方向に延びる軸線（Ｙ軸）まわりのモーメントを検知する。

ここで、例示した支持装置３は一例であり、把持部である一対の位置決めピン１９，１９を所望する位置と姿勢へ変更することが可能であれば、アクチュエータの数は限定されず、例えば６軸ロボットで構成しても良い。また力覚センサ２２は、一例であり、組み付け作業で問題となる方向の力とモーメントを検知可能であれば、６軸力覚センサを用いても良いし、力覚センサ２２を位置決めピン１９に備える構造としても良い。

また、生産システム１００は、各搬送ロボット４に対応して設けられたそれぞれの制御装置５０を備えている。つまり、図１に示すように、生産システム１００は、制御装置５０Ａ〜５０Ｄを備えている。各制御装置５０は、力覚センサ２０，２２からの力及びモーメントの情報に基づいて、アクチュエータ１１，１２（即ちロボットアーム部４１）を制御する。

また、生産システム１００は、各支持装置３に対応して設けられたそれぞれの制御装置５１を備えている。つまり、図１に示すように、生産システム１００は、制御装置５１Ａ〜５１Ｃを備えている。各制御装置５１は、力覚センサ２０，２２からの力及びモーメントの情報に基づいて、アクチュエータ１６，１７，１８（即ち支持部）を制御する。

本実施の形態では、上流側の搬送ロボット４と、下流側の搬送ロボット４との間でワークＷの授受作業を行う際に、支持装置３を介さずに直接行う第１のモードと、支持装置３を介して行う第２のモードとのいずれかのモードに設定可能に構成されている。第１のモードでは、隣り合う２つの搬送ロボット４，４が組み付け作業中にワークＷを支持するように機能するものである。

まず、支持装置３Ａを介さずに直接搬送ロボット４Ａ，４Ｂ間でワークＷの授受作業を行う第１のモードに設定された場合について説明する。以下、上流側の搬送ロボット４Ａを第１の搬送ロボット、下流側の搬送ロボット４Ｂを第２の搬送ロボットとして説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る生産システム１００の要部の説明図であり、図３（ａ）は隣り合う一対の搬送ロボット４Ａ，４Ｂ及び製造装置２ＡをＹ軸方向と平行な方向から見た正面図、（ｂ）は制御装置５０Ｂへの接続関係を示したブロック図である。

図３（ａ）に示すように、上流側の搬送ロボット４Ａは、第１の把持部である把持部４２Ａと、第１のロボットアーム部であるロボットアーム部４１Ａと、第１の力覚センサである力覚センサ２０Ａとを有している。また、下流側の搬送ロボット４Ｂは、第２の把持部である把持部４２Ｂと、第２のロボットアーム部であるロボットアーム部４１Ｂと、第２の力覚センサである力覚センサ２０Ｂとを有している。そして、搬送ロボット４Ａは、把持部４２ＡによりワークＷを把持して、図３（ａ）に示す作業位置ＰにワークＷを上流装置から搬入するように動作する。また、搬送ロボット４Ｂは、作業位置Ｐにて把持部４２Ａに把持されているワークＷを把持部４２Ｂにより把持してワークＷの授受作業を行い、製造装置２Ａによる組み付け作業完了後に、作業位置ＰからワークＷを下流装置に搬出するように動作する。

図３（ｂ）に示す制御装置５０Ｂは、製造装置２Ａによる組み付け作業中に、作業位置Ｐにて把持部４２Ａにより把持されているワークＷを把持部４２Ｂにより把持させるべく、把持部４２Ｂを作業位置Ｐに移動させるようロボットアーム部４１Ｂの動作を制御する。つまり、制御装置５０Ｂは、製造装置２Ａによる組み付け作業中に、把持部４２Ａと把持部４２Ｂとの間でワークＷの授受作業を行うよう、ロボットアーム部４１Ｂの動作を制御する。ロボットアーム部４１Ｂの動作を制御するとは、アクチュエータ１１Ｂ，１２Ｂを駆動制御することである。

ここで、製造装置２Ａの組み付け作業によって生じる力ＦがワークＷを介して搬送ロボット４Ａに備えた力覚センサ２０Ａで検知するＺ軸方向の力をＦ１、Ｙ軸回りのモーメントをＭ１とする。また、搬送ロボット４Ｂに備えた力覚センサ２０Ｂで検知するＺ軸方向の力をＦ２、Ｙ軸回りのモーメントをＭ２とする。また、硬質部材を組み付ける組み付け箇所Ｐ１の位置から力覚センサ２０ＡまでのＸ軸方向の距離をＸ１、力覚センサ２０ＢまでのＸ軸方向の距離をＸ２とする。

図３（ｂ）に示すように、距離Ｘ１をパラメータ１、距離Ｘ２をパラメータ２として、制御装置５０Ｂに予め設定しておく。この設定動作は、例えば、生産システム１００の立上げ時に、搬送ロボット４の教示作業を行う人が操作装置（不図示）を操作して行う。操作装置は教示ペンダントでもいいし、パソコンを用いてパラメータ１，２を制御装置５０Ｂに設定するようにしてもよい。

制御装置５０Ｂは、検知される力Ｆ１，Ｆ２に関して次式（１）の関係を満たすように、アクチュエータ１１Ｂ，１２Ｂを制御して、搬送ロボット４Ｂの把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更しながら授受作業を行う。
Ｆ１＋Ｆ２＝一定（＝ｆ）…式（１）

ここで、式（１）の一定の値ｆは組み付け作業の力などのワークＷにかかる力であり、図４に示すように、把持部４２Ａに作用する力Ｆ１と把持部４２Ｂに作用する力Ｆ２の総和を一定に保つことで、ワークＷにかかる力の釣り合いを保ちながら授受作業が行われる。

ここで、授受作業とは、隣接する搬送ロボット４Ａ，４Ｂの間でワークＷの受渡しまたは受取りを行う作業のことである。つまり、搬送ロボット４Ａと搬送ロボット４Ｂとの間の授受作業は、搬送ロボット４Ａが把持しているワークＷを搬送ロボット４Ｂが受取り作業に入ってから（受取高さＨへの移動開始）、搬送ロボット４Ａが上流工程に戻る動作を開始するまでである。即ち、搬送ロボット４Ａに備えられた力覚センサ２０Ａが力とモーメントを検知しなくなるまでである。

また、検知されるモーメントＭ１，Ｍ２に関して、次式（２）の関係を満たすように、制御装置５０Ｂがアクチュエータ１１Ｂ，１２Ｂを制御して搬送ロボット４Ｂの把持部４２Ｂの位置と姿勢を変更しながら授受作業を行う。
Ｍ１＋（−Ｍ２）＝０、即ちＭ１＝Ｍ２（Ｆ１：Ｆ２＝Ｘ２：Ｘ１）…式（２）

このように、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２０Ａ，２０Ｂに検知される力とモーメントが式（１）、式（２）の関係を維持するように、受取り側のアクチュエータ１１Ｂ，１２Ｂを制御して、把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更しながら授受作業を行う。

つまり、制御装置５０Ｂは、この授受作業の際に、力覚センサ２０Ａにより検知される力Ｆ１と、力覚センサ２０Ｂにより検知される力Ｆ２との総和を一定に維持する。また、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２０Ａにより検知されるモーメントＭ１の大きさと、力覚センサ２０Ｂにより検知されるモーメントＭ２の大きさとが等しい状態を維持する。そして、制御装置５０Ｂは、これらの状態を維持しながら、力覚センサ２０Ａにより検知される力Ｆ１が図４に示すように漸次０となるように、ロボットアーム部４１を動作させて把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。

以上の制御装置５０Ｂによる制御動作により、組み付け作業中にワークＷの授受作業を行っても、ワークＷに付与される力が一定に保持され、ワークＷにかかるモーメントの総和も一定（≒０）に保持されるので、力及びモーメントの釣り合いが保たれる。したがって、授受作業中にワークＷの位置ズレが小さくなり、授受作業中に組み付け作業を安定して行うことが可能となり、生産性が向上する。

なお、授受作業以外のときの搬送ロボット４Ａ及び搬送ロボット４Ｂは、組み付け作業で検知する力及びモーメントに対しては制御を行われず、搬送ロボット４Ａ，４Ｂのロボットアーム部４１の位置及び姿勢を保つ制御を行う。各アクチュエータ１１，１２にはブレーキ機構が備わっており、アクチュエータ１１，１２を駆動する電源供給を断っても位置及び姿勢が変わらないのであれば、アクチュエータ１１，１２への電源供給を断っても良い。

ここで、図３（ａ）に示すように、制御装置５０Ｂは、授受作業の際（把持部４２ＢによりワークＷを把持する際）に、ロボットアーム部４１Ｂを動作させて把持部４２Ｂを予め教示された受取り高さＨまで移動させる。把持部４２Ｂが受取り高さＨに到達する前にワークＷと接触し、搬送ロボット４Ｂに備えられている力覚センサ２０Ｂが接触による力及びモーメントを検知した場合、把持部４２Ｂを接触による力及びモーメントが小さくなる方向へ位置及び姿勢を変更する。つまり、制御装置５０Ｂは、ロボットアーム部４１Ｂを動作させて、力覚センサ２０Ｂにて検知される力及びモーメントが低下する方向に把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。これにより、把持部４２Ｂが把持部４２Ａに把持されたワークＷに倣うこととなる。

また、制御装置５０Ｂは、搬送ロボット４Ｂの把持部４２Ｂが受取り高さＨに到達してもワークＷとの接触による力を力覚センサ２０Ｂが検知しない場合、教示された受取り高さＨを通過してワークＷと接触して力を検知する位置まで把持部４２Ｂを移動させる。そして、制御装置５０Ｂは、把持部４２ＢがワークＷと接触し、力覚センサ２０Ｂが接触による力とモーメントを検知すると、力覚センサ２０Ｂが検知した力とモーメントが小さくなる方向に把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。つまり、制御装置５０Ｂは、ロボットアーム部４１Ｂを動作させて、力覚センサ２０Ｂにて検知される力及びモーメントが低下する方向に把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。これにより、把持部４２Ｂが把持部４２Ａに把持されたワークＷに倣うこととなる。

ここで、搬送ロボット４Ａと搬送ロボット４Ｂとの間で授受作業を行う場合について説明したが、搬送ロボット４Ａが支持装置３Ａと授受作業を行う場合においても同様である。この場合も、支持装置３Ａの力覚センサ２２で検知した力とモーメントが小さくなるように制御装置５１Ａ（図１）が支持装置３Ａの一対の位置決めピン１９，１９の位置及び姿勢を変更する。また、搬送ロボット４Ｂが支持装置３Ａと授受作業を行う場合も同様に、搬送ロボット４Ｂの力覚センサ２０で検知した力とモーメントが小さくなるように制御装置５０Ｂが把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。

本実施の形態における授受作業において、受取り側、受渡し側の両方でワークＷを把持している間に、組み付け作業と授受作業の一部または全部を開始した際のタイムチャートを図５に示す。図５（ａ）は組み付け作業時間が授受作業時間より長い場合のタイムチャートを示す。図５（ｂ）は授受作業時間が組み付け作業時間より長い場合のタイムチャートを示す。図５（ｃ）は授受作業の一部と組み付け作業の一部が同時に行われている場合のタイムチャートを示す。

図５に示すように、組み付け作業が行われている間において、受取り側と受渡し側の両方でワークＷを把持しているか、またはどちらか一方がワークＷを把持している状態となり、ワークＷは常に位置決め把持された状態にある。このため、組み付け作業の力によるワークＷの位置ズレを少なくできる。したがって、本実施の形態の生産システム１００では、組み付け作業と授受作業の一部または全部を同時に行うことが可能となる。

次に、上流側の搬送ロボット４Ａと、下流側の搬送ロボット４Ｂとの間でワークＷの授受作業を行う際に、支持装置３Ａを介して行う第２のモードに設定された場合について説明する。図６は、生産システム１００の動作を説明するための図である。

ここで、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａとの間でワークＷの授受作業を行う場合は、搬送ロボット４Ａの把持部４２Ａが第１の把持部、支持装置３Ａの把持部としての一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａが第２の把持部である。更に、搬送ロボット４Ａの力覚センサ２０Ａが第１の力覚センサ、支持装置３Ａの力覚センサ２２Ａが第２の力覚センサである。

また、支持装置３Ａと搬送ロボット４Ｂとの間でワークの授受作業を行う場合は、支持装置３Ａの把持部としての一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａが第１の把持部、搬送ロボット４Ｂの把持部４２Ｂが第２の把持部である。更に、支持装置３Ａの力覚センサ２２Ａが第１の力覚センサ、搬送ロボット４Ｂの力覚センサ２０Ｂが第２の力覚センサである。

図６（ａ）に示すように、搬送ロボット４ＡがワークＷを位置決め把持した状態で上流工程６０から搬送を開始する。そして、図６（ｂ）に示すように、製造装置２ＡがワークＷに対して組み付け部材である硬質部材を組み付け可能な作業位置Ｐに、搬送ロボット４Ａが姿勢を変更しながらワークＷを搬送する。そして、搬送ロボット４Ａの位置決め把持しているワークＷに組み付け部材である硬質部材を組み付ける組み付け作業を開始する。それと同時に、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａとの間でワークＷの授受作業を開始する。つまり、支持装置３Ａを制御する制御装置５１Ａ（図１）は、製造装置２Ａによる組み付け作業中に、把持部４２Ａと一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａとの間でワークＷの授受作業を行うよう、一対の支持機構３１Ａ，３１Ａの動作を制御する。具体的には、制御装置５１Ａは、一対の支持機構３１Ａ，３１Ａの各アクチュエータを制御し、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａの位置決めを行う。

なお搬送ロボット４Ａが作業位置ＰまでワークＷの搬送を完了すると同時に製造装置２Ａが組み付け作業を開始することができない場合、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａは、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａ間の授受作業を組み付け作業に先んじて開始してもよい。また、搬送ロボット４Ａが前進するより前に搬送ロボット４Ｂが作業位置Ｐの近傍で待機している場合、搬送ロボット４Ａと支持装置間の授受作業を行わずに、搬送ロボット４Ａと搬送ロボット４Ｂ間で授受作業を行うようにしても良い。また、支持装置３Ａを備えずに、搬送ロボット４Ａが隣接する搬送ロボット４Ｂへ直接ワークＷの授受作業を行うようにしても良い。

ここで、授受作業においては、支持装置３Ａに備えられた把持部である一対の位置決めピン１９Ａ，１９ＡがワークＷと接触すると、支持装置３Ａに備えられた力覚センサ２２Ａが力とモーメントを検知する。この授受作業の際には、支持装置３Ａに備えられたＺ軸方向に駆動するアクチュエータ１６とＹ軸方向に駆動するアクチュエータ１７が駆動し、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａがワークに近づいていく。そして、一対の位置決めピン１９Ａ，１９ＡによりワークＷを把持する。この時、位置決めピン１９ＡとワークＷが接触すると力覚センサ２２Ａによって力とモーメントが検知される。そして、制御装置５１Ａは、力覚センサ２２Ａによって検知された力とモーメントが小さくなるように、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａの位置及び姿勢の変更を行う。これにより、把持部４２Ａに把持されたワークＷに一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａが倣った位置で一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａを停止させる。

支持装置３Ａの一対の位置決めピン１９Ａ，１９ＡがワークＷに倣った後、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａとの間でワークＷの授受作業を行う。具体的には、支持装置３Ａのアクチュエータ１７を駆動させて、支持装置３Ａの一対の位置決めピン１９Ａ，１９ＡにワークＷを把持させる。このとき、制御装置５１Ａは、力覚センサ２０Ａで検知している力と力覚センサ２２Ａで検知している力が式（１）を満たすように、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａの位置及び姿勢を変更しながらワークＷの授受作業を行う。それと共に、制御装置５１Ａは、力覚センサ２０Ａで検知しているモーメントと力覚センサ２２Ａで検知しているモーメントが式（２）を満たすように、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａの位置及び姿勢を変更しながらワークＷの授受作業を行う。つまり、支持装置３Ａの位置決めピン１９ＡがワークＷと接触すると力覚センサ２２Ａで力とモーメントが検知されるので、式（１）、式（２）を保ちながらワークＷの把持を行わせる。そして、制御装置５１Ａは、式（１）及び式（２）の条件を満たしながら、搬送ロボット４Ａの力覚センサ２０Ａにより検出される力が漸次０となるように、一対の支持機構３１Ａ，３１Ａを動作させて一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａの位置及び姿勢を変更する。

ここで、製造装置２ＡがワークＷに力を与えている組み付け箇所の位置からそれぞれの力覚センサ２０Ａ，２０Ｂ、及び支持装置３Ａの位置決めピン１９Ａまでの距離は、作業位置Ｐへ支持装置３Ａの教示を行った際に、教示した位置情報を元に詳細に計算しておく。そして、制御装置５１Ａへパラメータとして事前に設定しておく。

次に、図６（ｃ）に示すように、搬送ロボット４Ａは、支持装置３Ａとの授受作業が完了するとワークＷ、製造装置２Ａ及び支持装置３Ａと干渉しないように、上流工程６０へ移動を行う。そして、図６（ｄ）に示すように、搬送ロボット４Ａが上流工程６０へ移動した後、搬送ロボット４Ｂが下流工程６１から作業位置Ｐまで移動する。

その後、搬送ロボット４Ｂと支持装置３Ａとの間で支持装置３Ａが位置決め把持しているワークＷの授受作業を開始する。つまり、搬送ロボット４Ｂを制御する制御装置５０Ｂ（図１）は、製造装置２Ａによる組み付け作業中に、一対の位置決めピン１９Ａ，１９Ａと把持部４２Ｂとの間でワークＷの授受作業を行うよう、ロボットアーム部４１Ｂの動作を制御する。具体的には、制御装置５０Ｂは、アクチュエータ１１Ｂ，１２Ｂを制御し、把持部４２Ｂの位置決めを行う。

ここで、授受作業においては、搬送ロボット４Ｂに備えられた把持部４２ＢがワークＷと接触すると搬送ロボット４Ｂに備えられた力覚センサ２０Ｂが力とモーメントを検知する。そして、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２０Ｂによって検知された力とモーメントが小さくなるようにロボットアーム部４１Ｂを動作させて把持部４２Ｂの位置及び姿勢の変更を行い、ワークＷに把持部４２Ｂが倣った位置で停止させる。

搬送ロボット４Ｂの把持部４２ＢがワークＷに倣った後、支持装置３Ａと搬送ロボット４Ｂとの間でワークＷの授受作業を行う。このとき、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２２Ａで検知している力と力覚センサ２０Ｂで検知している力が式（１）を満たすように、把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更しながらワークＷの授受作業を行う。それと共に、制御装置５０Ｂは、力覚センサ２２Ａで検知しているモーメントと力覚センサ２０Ｂで検知しているモーメントが式（２）を満たすように、把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更しながらワークＷの授受作業を行う。そして、制御装置５０Ｂは、これら式（１）及び式（２）の条件を満たしながら、支持装置３Ａの力覚センサ２２Ａにより検出される力が漸次０となるように、ロボットアーム部４１Ｂを動作させて把持部４２Ｂの位置及び姿勢を変更する。そして、搬送ロボット４Ｂは製造装置２Ａの組み付け作業が完了するまで待機する。

そして、図６（ｅ）に示すように、製造装置２Ａの組み付け作業が完了すると同時に下流工程６１へワークＷを位置決め把持した状態で搬送ロボット４Ｂが搬送を開始する。ここで、支持装置３Ａと搬送ロボット４Ｂとの間のワークＷの授受作業が完了する前に組み付け作業が完了している場合、授受作業が完了すると同時に下流工程６１へワークＷの搬送を開始する。その後、図６（ｆ）に示すように、搬送ロボット４Ｂは、下流工程６１へ姿勢を変更しながらワークＷを搬送する。上記した一連の動作を繰返し行うことで、生産システム１００では、ワークＷに組み付け部材の組み付け作業を経ながら順次下流工程６１へワークＷを搬送していく。

次に、本実施の形態の生産システム１００と、従来の生産システム（図８）とのサイクルタイムの比較を行う。図７は、本発明の実施の形態に係る生産システム及び従来の生産システムの動作のタイムチャートを示す図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態に係る生産システムにおいて、上流側の搬送ロボット４Ａと下流側の搬送ロボット４Ｂとの間で支持装置３Ａを介してワークＷの授受作業を行う第２のモードに設定された場合の動作のタイムチャートを示す図である。図７（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る生産システムにおいて、上流側の搬送ロボット４Ａと下流側の搬送ロボット４Ｂとの間で支持装置３Ａを介さずにワークＷの授受作業を行う第１のモードに設定された場合の動作のタイムチャートを示す図である。図７（ｃ）は、図８の従来の生産システムの動作のタイムチャートを示す図である。

図７（ａ）に示すように、製造装置２Ａでの組み付け作業は、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａとの間の授受作業の完了を待たずに開始することが可能となる。また支持装置３Ａと搬送ロボット４Ｂとの間の授受作業は製造装置２Ａでの組み付け作業の完了を待たずに開始することが可能となる。

また、図７（ｂ）に示すように、製造装置２Ａでの組み付け作業は、搬送ロボット４Ａと搬送ロボット４Ｂとの間の授受作業の完了を待たずに開始することが可能となる。また、図７（ｂ）では、互いに隣接する搬送ロボット４Ａ，４Ｂの間で直接授受作業を行っている。したがって、搬送ロボット４Ａと支持装置３Ａと間の授受作業と支持装置３Ａと搬送ロボット４Ｂとの間の授受作業の２回行う必要があった授受作業が、搬送ロボット４Ａと搬送ロボット４Ｂとの間の授受作業の１回だけで済むようになる。

以上、本実施の形態の生産システム１００では、組み付け作業中にワークＷの授受作業を行うため、従来技術と比較して授受作業がサイクルタイムに影響する時間が少なくなり、サイクルタイムが短縮され、生産効率を向上させることが可能となる。

そして、ワークＷの授受作業において、式（１）及び式（２）を満たすように維持しながら、受け渡し側の把持部に作用する力が漸次０になるように、受け取り側の把持部の位置及び姿勢を変更しているので、ワークＷの位置ズレを低減することができる。

さらに、授受作業において受取り側が把持部の位置と姿勢を変更し、ワークに倣うように受取り高さと姿勢を変更するのでワーク毎の形状誤差を少なくした状態で授受作業を開始できるため、授受作業における位置ズレを更に少なくすることが可能となる。

なお、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記実施の形態では、生産システム１００が支持装置３を備える場合について説明したが、支持装置を省略してもよい。この場合、上記実施の形態において第１のモードに設定された場合と同様、互いに隣接する２つの搬送ロボットの間でワークの授受作業を行えばよい。

また、上記実施の形態では、生産システム１００が第１のモード及び第２のモードに選択的に設定される場合について説明したが、これに限るものではなく、生産システムが第１のモードは実施せず、常に第２のモードと同様の動作を行うものであってもよい。つまり、搬送ロボット間でワークの授受は行わず、常に支持装置と搬送ロボットとの間でワークの授受作業を行う場合であってもよい。

２Ａ…製造装置、３Ａ…支持装置、４Ａ，４Ｂ…搬送ロボット、１９Ａ…位置決めピン（把持部）、２０Ａ，２０Ｂ…力覚センサ、２２Ａ…力覚センサ、３１Ａ…支持機構（支持部）、４１Ａ…ロボットアーム部、４１Ｂ…ロボットアーム部、４２Ａ…把持部、４２Ｂ…把持部、５０Ｂ…制御装置、５１Ａ…制御装置、１００…生産システム

Claims (4)

1. 作業位置に搬送されたワークに硬質部材を組み付ける製造装置と、
   ワークを把持する第１の把持部、及び前記第１の把持部を移動させる多関節の第１のロボットアーム部を有し、前記第１の把持部によりワークを把持して前記作業位置にワークを搬入する第１の搬送ロボットと、
   ワークを把持する第２の把持部、及び前記第２の把持部を移動させる多関節の第２のロボットアーム部を有し、前記第２の把持部によりワークを把持して前記作業位置からワークを搬出する第２の搬送ロボットと、
   前記製造装置による組み付け作業中に、前記作業位置にて前記第１の把持部により把持されているワークを前記第２の把持部により把持させて前記第１の把持部と前記第２の把持部との間でワークの授受作業を行うよう、前記第２のロボットアーム部の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記第１の搬送ロボットは、前記第１の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第１の力覚センサを有し、
   前記第２の搬送ロボットは、前記第２の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第２の力覚センサを有し、
   前記制御装置は、前記授受作業の際に、前記第１の力覚センサにより検知される力と前記第２の力覚センサにより検知される力との総和を一定に維持し、且つ、前記第１の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさと前記第２の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさとが等しい状態を維持しながら、前記第１の力覚センサにより検知される力が漸次０となるように、前記第２のロボットアーム部を動作させて前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更することを特徴とする生産システム。
2. 作業位置に搬送されたワークに硬質部材を組み付ける製造装置と、
   前記作業位置に搬送されたワークを把持する第１の把持部、及び前記第１の把持部を支持する支持部を有する支持装置と、
   ワークを把持する第２の把持部、及び前記第２の把持部を移動させる多関節のロボットアーム部を有し、前記第２の把持部によりワークを把持して前記作業位置からワークを搬出する搬送ロボットと、
   前記製造装置による組み付け作業中に、前記作業位置にて前記第１の把持部により把持されているワークを前記第２の把持部により把持させて前記第１の把持部と前記第２の把持部との間でワークの授受作業を行うよう、前記ロボットアーム部の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記支持装置は、前記第１の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第１の力覚センサを有し、
   前記搬送ロボットは、前記第２の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第２の力覚センサを有し、
   前記制御装置は、前記授受作業の際に、前記第１の力覚センサにより検知される力と前記第２の力覚センサにより検知される力との総和を一定に維持し、且つ、前記第１の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさと前記第２の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさとが等しい状態を維持しながら、前記第１の力覚センサにより検知される力が漸次０となるように、前記ロボットアーム部を動作させて前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更することを特徴とする生産システム。
3. 作業位置に搬送されたワークに硬質部材を組み付ける製造装置と、
   ワークを把持する第１の把持部、及び前記第１の把持部を移動させる多関節のロボットアーム部を有し、前記第１の把持部によりワークを把持して前記作業位置にワークを搬入する搬送ロボットと、
   前記作業位置に搬送されたワークを把持する第２の把持部、及び前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更可能に前記第２の把持部を支持する支持部を有する支持装置と、
   前記製造装置による組み付け作業中に、前記作業位置にて前記第１の把持部により把持されているワークを前記第２の把持部により把持させて前記第１の把持部と前記第２の把持部との間でワークの授受作業を行うよう、前記支持部の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記搬送ロボットは、前記第１の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第１の力覚センサを有し、
   前記支持装置は、前記第２の把持部に作用する力及びモーメントを検知する第２の力覚センサを有し、
   前記制御装置は、前記授受作業の際に、前記第１の力覚センサにより検知される力と前記第２の力覚センサにより検知される力との総和を一定に維持し、且つ、前記第１の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさと前記第２の力覚センサにより検知されるモーメントの大きさとが等しい状態を維持しながら、前記第１の力覚センサにより検知される力が漸次０となるように、前記支持部を動作させて前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更することを特徴とする生産システム。
4. 前記制御装置は、前記第２の把持部によりワークを把持する際に、前記第１の把持部に把持されているワークに前記第２の把持部を接触させ、前記第２の力覚センサに検知される力及びモーメントが低下する方向に前記第２の把持部の位置及び姿勢を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生産システム。

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