JP2016087705A - 加工装置及びワークの生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な生産設備構築を可能とする加工装置及びワークの生産方法を提供する。【解決手段】加工装置１は、互いに協働して同一のワークＷに対する加工を行う複数のロボットを備え、複数のロボットは第１ロボット１０を含み、第１ロボット１０は、互いに直列に接続された旋回部１２、第１腕部１３、第２腕部１４、手首部１５及び先端部１６と、旋回部１２を第１軸線Ａｘ１まわりに旋回させる第１アクチュエータ２１と、第１腕部１３を第２軸線Ａｘ２まわりに揺動させる第２アクチュエータ２２と、第２腕部１４を第３軸線Ａｘ３まわりに揺動させる第３アクチュエータ２３と、先端部１６の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータ２４〜２６と、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離を調節する距離調節アクチュエータ２７と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、加工装置及びワークの生産方法に関する。

特許文献１には、乗用車の車体パネル等をワークとして保持するワーク固定台と、ワークにスポット溶接を施すロボットとを備えるスポット溶接装置が開示されている。

特開２００８−２７９４９６号公報

ロボットを用いた加工装置を含む生産設備においては、ロボットを限られたスペースに配置しつつ、ロボットとワーク又は周辺機器等との干渉を防止する必要がある。これを実現するには、ロボットの配置・動作教示を含む生産設備構築に高度の経験・技量を必要とする場合があった。そこで本開示は、容易な生産設備構築を可能とする加工装置及びワークの生産方法を提供することを目的とする。

本開示に係る加工装置は、互いに協働して同一のワークに対する加工を行う複数のロボットを備え、複数のロボットは第１ロボットを含み、第１ロボットは、互いに直列に接続された旋回部、第１腕部、第２腕部、手首部及び先端部と、旋回部を第１軸線まわりに旋回させる第１アクチュエータと、第１腕部を第２軸線まわりに揺動させる第２アクチュエータと、第２腕部を第３軸線まわりに揺動させる第３アクチュエータと、先端部の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータと、第２軸線及び第３軸線の間の距離を調節する距離調節アクチュエータと、を有する。

本開示に係るワークの生産方法は、互いに直列に接続された旋回部、第１腕部、第２腕部、手首部及び先端部と、旋回部を第１軸線まわりに旋回させる第１アクチュエータと、第１腕部を第２軸線まわりに揺動させる第２アクチュエータと、第２腕部を第３軸線まわりに揺動させる第３アクチュエータと、先端部の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータと、第２軸線及び第３軸線の間の距離を調節する距離調節アクチュエータと、を有する第１ロボットを含む複数のロボットにより作業可能となるように、ワークを配置すること、複数のロボットによりワークに対する加工を行うこと、を含む。

本開示によれば、容易な生産設備構築が可能となる。

加工装置の概略構成を示す模式図である。 ロボットの可動範囲を示す平面図である。 コントローラのハードウェア構成図である。 ロボットを用いた加工手順を示すフローチャートである。 動作パターンの生成手順を示すフローチャートである。 距離調節アクチュエータの作用を例示する図である。 ロボットの他の配置例を示す平面図である。 ロボットの更に他の配置例を示す平面図である。 ロボットの更に他の配置例を示す平面図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔加工装置〕
図１に示すように、加工装置１は、２台のロボット（第１ロボット）１０と、保持台３０と、コントローラ１００と、プログラミングペンダント１２０とを備える。

（ロボット）
ロボット１０は、例えば自動車のドアパネル等のワークＷに対して加工を行うものである。一例として、ロボット１０は、基台１１と、旋回部１２と、第１腕部１３と、第２腕部１４と、手首部１５と、先端部１６と、エンドエフェクタ１７と、第１アクチュエータ２１と、第２アクチュエータ２２と、第３アクチュエータ２３と、第４アクチュエータ２４と、第５アクチュエータ２５と、第６アクチュエータ２６と、第７アクチュエータ２７とを備える。

基台１１は、床面（設置面）に固定されており、ロボット１０全体を支持する。すなわち複数のロボット１０の全てが設置面に固定されている。

旋回部１２、第１腕部１３、第２腕部１４、手首部１５及び先端部１６は互いに直列に接続されている。旋回部１２は、基台１１上に設けられており、鉛直な第１軸線Ａｘ１まわりに旋回可能である。

第１腕部１３は、旋回部１２及び第１腕部１３の接続部分を通る水平な第２軸線Ａｘ２まわりに揺動可能である。

第２腕部１４は、第１腕部１３及び第２腕部１４の接続部分を通る水平な第３軸線Ａｘ３まわりに揺動可能である。第３軸線Ａｘ３は、第２軸線Ａｘ２に対して平行である。第２腕部１４は、その中心軸線に沿う第４軸線Ａｘ４まわりに旋回可能である。

手首部１５は、第２腕部１４及び手首部１５の接続部分を通る第５軸線Ａｘ５まわりに揺動可能である。

先端部１６は、手首部１５の中心軸線に沿う第６軸線Ａｘ６まわりに旋回可能である。

エンドエフェクタ１７は、例えばスポット溶接装置であり、先端部１６に設けられている。一例として、エンドエフェクタ１７は、先端部１６に対して着脱自在に取り付けられており、他のエンドエフェクタ―と交換可能となっている。エンドエフェクタ１７は先端部１６に一体化されていてもよい。エンドエフェクタ１７は加工用のツールであればどのようなものであってもよく、スポット溶接装置に限られない。例えばエンドエフェクタ１７は、アーク溶接装置であってもよいし、溶接以外の作業を行うカッター、ネジ締め装置等であってもよい。

ここで、第１腕部１３は、互いに直列に接続されたリンク１３Ａ，１３Ｂにより構成されており、リンク１３Ａが旋回部１２に接続され、リンク１３Ｂが第２腕部１４に接続されている。第１腕部１３は、リンク１３Ａ，１３Ｂの接続部を通る第７軸線Ａｘ７まわりに屈曲可能である。換言すると、リンク１３Ｂは、リンク１３Ａ，１３Ｂの接続部を通る第７軸線Ａｘ７まわりに揺動可能である。第７軸線Ａｘ７は、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３に対して平行である。

第１アクチュエータ２１は、例えば基台１１に設けられており、旋回部１２を第１軸線Ａｘ１まわりに旋回させる。

第２アクチュエータ２２は、例えば旋回部１２及び第１腕部１３の間に設けられており、第１腕部１３を第２軸線Ａｘ２まわりに揺動させる。

第３アクチュエータ２３は、例えば第１腕部１３及び第２腕部１４の間に設けられており、第２腕部１４を第３軸線Ａｘ３まわりに揺動させる。

第４アクチュエータ２４は、例えば第２腕部１４の基部に設けられており、第２腕部１４を第４軸線Ａｘ４まわりに旋回させる。第２腕部１４には手首部１５が接続されているので、第２腕部１４を旋回させることは手首部１５を旋回させることに相当する。即ち第４アクチュエータ２４は、手首部１５を第４軸線Ａｘ４まわりに旋回させる。

第５アクチュエータ２５は、例えば第２腕部１４及び手首部１５の間に設けられており、手首部１５を第５軸線Ａｘ５まわりに揺動させる。

第６アクチュエータ２６は、例えば手首部１５に設けられており、先端部１６を第６軸線Ａｘ６まわりに旋回させる。

第４アクチュエータ２４、第５アクチュエータ２５及び第６アクチュエータ２６は、先端部１６の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータの一例である。

第７アクチュエータ２７は、例えばリンク１３Ａ，１３Ｂの接続部に設けられており、第１腕部１３を第７軸線Ａｘ７まわりに屈曲させる。換言すると、第７アクチュエータ２７は、リンク１３Ｂを第７軸線Ａｘ７まわりに揺動させる。第７アクチュエータ２７は距離調節アクチュエータの一例であり、第１腕部１３を距離調節用の第７軸線Ａｘ７まわりに屈曲させることで、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節する。

このように、ロボット１０は、先端部１６の位置及び姿勢を自在に変更可能な所謂６軸ロボットに対し、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節する冗長自由度を追加したものである。アクチュエータ２１〜２６は、例えば電動のサーボモータ、ギアヘッド及びブレーキ等により構成されている。サーボモータ、ギアヘッド及びブレーキ等は、必ずしも軸線Ａｘ１〜Ａｘ７上に配置されていなくてもよく、これらの軸線から離れた位置に配置されていてもよい。

保持台３０は、ロボット１０により加工可能な位置にワークＷを保持する。図２に示すように、２台のロボット１０は、ワークＷを囲む線ＥＬ１に沿って並んでいる。なお、「ワークＷを囲む線」は、必ずしもワークＷの周縁に沿っていなくてもよいが、ワークＷの周縁に直交する線を含まないものとする。ロボット１０は、隣り合う他のロボット１０と可動範囲Ｒが重複するように配置されている。

（コントローラ及びプログラミングペンダント）
図１に戻り、コントローラ１００は、２台のロボット１０を制御する装置である。プログラミングペンダント１２０は、有線又は無線により、コントローラ１００に対するデータの入出力を行う装置である。

コントローラ１００は、機能的な構成として、目標取得部１１１と、第１算出部１１２と、判定部１１３と、第２算出部１１４と、出力部１１５と、蓄積部１１６とを有する。

蓄積部１１６は、ロボット１０の動作パターンを蓄積する。動作パターンは、例えばアクチュエータ２１〜２７の動作目標値の時系列データである。

目標取得部１１１は、先端部１６の位置・姿勢の目標値をプログラミングペンダント１２０から取得する。目標取得部１１１が取得する位置・姿勢の目標値は、ユーザによりプログラミングペンダント１２０に入力されたものであってもよいし、プログラミングペンダント１２０を介して記録媒体から読み込まれたものであってもよい。

第１算出部１１２は、距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を初期値に固定した条件にて、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出し、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値を蓄積部１１６に記憶させる。

第７アクチュエータ２７の動作目標値は、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節する動作量の目標値であり、例えば第１腕部１３の屈曲角の目標値である。第１腕部１３の屈曲角の初期値は例えば０°である。

第１アクチュエータ２１の動作目標値は例えば旋回部１２の旋回角の目標値である。第２アクチュエータ２２の動作目標値は例えば第１腕部１３の揺動角の目標値である。第３アクチュエータ２３の動作目標値は例えば第２腕部１４の揺動角の目標値である。第４アクチュエータ２４の動作目標値は例えば手首部１５の旋回角の目標値である。第５アクチュエータ２５の動作目標値は例えば手首部１５の揺動角の目標値である。第６アクチュエータ２６の動作目標値は先端部１６の旋回角の目標値である。

アクチュエータ２１〜２６の動作目標値は、例えば逆運動学演算により算出される。第１算出部１１２は、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値の算出結果を蓄積部１１６に記憶させる。

判定部１１３は、アクチュエータ２１〜２６の少なくともいずれかを判定対象とし、判定対象のアクチュエータについて、第１算出部１１２により算出された動作目標値が許容範囲内であるか否かを判定する。判定部１１３は、アクチュエータ２１〜２６の全てを判定対象としてもよいし、アクチュエータ２１〜２６の一部（例えば第２アクチュエータ２２、第３アクチュエータ２３及び第５アクチュエータ２５）のみを判定対象としてもよい。判定部１１３は、第３アクチュエータ２３及び第５アクチュエータ２５のみを判定対象としてもよいし、第３アクチュエータ２３及び第５アクチュエータ２５のいずれか一方のみを判定対象としてもよい。許容範囲は、判定対象のアクチュエータにより駆動される部分の動作量が可動範囲内となるように設定される。例えば第３アクチュエータ２３が判定対象である場合に、第３アクチュエータ２３の動作目標値の許容範囲は、第２腕部１４の揺動角が可動範囲内となるように設定される。

第２算出部１１４は、少なくとも一つの判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲外となった場合に、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６及び距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を算出する。具体的に、第２算出部１１４は、動作目標値が許容範囲外となっているアクチュエータについて、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように拘束条件を設定した上で、その拘束条件を適用した逆運動学演算によりアクチュエータ２１〜２７の動作目標値を算出する。

第２算出部１１４は、距離調節用の第７軸線Ａｘ７がワークＷから遠ざかる方向に第１腕部１３を屈曲させるように上記拘束条件を設定し、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値を算出してもよい。

第２算出部１１４は、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値の算出結果を蓄積部１１６に記憶させ、直前の算出結果を上書きする。

出力部１１５は、動作目標値に応じてアクチュエータ２１〜２７を制御する。具体的に、出力部１１５は、アクチュエータ２１〜２７による各部の動作量が設定された動作目標値に略一致するように、アクチュエータ２１〜２７を制御する。

コントローラ１００は、先端部１６の位置・姿勢の目標値を取得すること、距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を固定した条件にて、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出すること、アクチュエータ２１〜２６の少なくともいずれかを判定対象とし、判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲内であるか否かを判定すること、少なくとも一つの判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲外となった場合に、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６及び距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を算出すること、動作目標値に応じてアクチュエータ２１〜２７を制御すること、を実行するように構成されていればよいので、そのハードウェア構成は必ずしも目標取得部１１１、第１算出部１１２、判定部１１３、第２算出部１１４及び出力部１１５及び蓄積部１１６に分離していなくてもよい。

図３は、コントローラ１００のハードウェア構成の一例を示す図である。図３に例示されるコントローラ１００は、プロセッサ１３１と、メモリ１３２と、ストレージ１３３と、入出力ポート１３４と、複数のモータドライバ１３６とを有する。入出力ポート１３４は、プログラミングペンダント１２０及び複数のモータドライバ１３６に対するデータの入出力を行う。複数のモータドライバ１３６は、２台のロボット１０のアクチュエータ２１〜２７をそれぞれ制御する。プロセッサ１３１は、メモリ１３２及びストレージ１３３の少なくとも一方と協働してプログラムを実行し、入出力ポート１３４を介したデータの入出力を行うことで、コントローラ１００を目標取得部１１１、第１算出部１１２、判定部１１３、第２算出部１１４、出力部１１５及び蓄積部１１６として機能させる。

コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムの実行により各機能をなすものに限られない。例えば目標取得部１１１、第１算出部１１２、判定部１１３、第２算出部１１４、出力部１１５及び蓄積部１１６の少なくとも一部はその機能に特化した論理回路により構成されていてもよいし、当該論理回路を集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

〔制御方法〕
続いて、本開示に係る制御方法の一例として、コントローラ１００によるロボット１０の制御手順を説明する。

（制御手順の概要）
図４に示すように、まずコントローラ１００はステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、第１算出部１１２及び第２算出部１１４の少なくとも一方がアクチュエータ２１〜２７の動作目標値の算出結果を蓄積部１１６に記憶させ、２台のロボット１０の動作パターンを構築する。２台のロボット１０の動作パターンは、ワークＷに対する加工を行うように構築される。

次に、コントローラ１００はステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、ワークＷに対する加工を実行するように、出力部１１５が２台のロボット１０を制御する。即ち出力部１１５は、蓄積部１１６に記憶された動作目標値に応じて２台のロボット１０のアクチュエータ２１〜２７を制御する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、加工終了の指令が入力されているか否かを出力部１１５が判定する。加工終了の指令は、例えばプログラミングペンダント１２０を介して入力される。加工終了の指令が入力されていない場合、コントローラ１００は処理をステップＳ０２に戻す。これにより、同一の加工手順が繰り返される。加工終了の指令が入力されている場合、コントローラ１００は処理を終了する。

（動作パターンの生成手順）
続いて上記ステップＳ０１における動作パターンの生成手順について、より詳細に説明する。図５に示すように、まずコントローラ１００はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、目標取得部１１１が、先端部１６の位置・姿勢の目標値をプログラミングペンダント１２０から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ１２，Ｓ１３を実行する。ステップＳ１２では、第１算出部１１２が、距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を初期値に設定する。例えば第１算出部１１２は、第１腕部１３の屈曲角を０°に設定する。ステップＳ１３では、第１算出部１１２が、第７アクチュエータ２７の動作目標値を初期値に固定した条件にて、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出し、アクチュエータ２１〜２７の算出結果を蓄積部１１６に記憶させる。

次に、コントローラ１００はステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４では、判定部１１３が、アクチュエータ２１〜２６の少なくともいずれかを判定対象とし、判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲内であるか否かを判定する。

ステップＳ１４において、少なくとも一つの判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲外であると判定された場合に、コントローラ１００はステップＳ１５，Ｓ１６を実行する。

ステップＳ１５では、動作目標値が許容範囲外となっているアクチュエータについて、当該動作目標値が許容範囲内に収まり易くなるように、第２算出部１１４が第７アクチュエータ２７の動作目標値を設定する。例えば第２算出部１１４は、許容範囲外となっている動作目標値の一部を分担するように、第７アクチュエータ２７の動作目標値を設定する。

ステップＳ１６では、第２算出部１１４が、第７アクチュエータ２７の動作目標値をステップＳ１５における設定値に固定した条件にて、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出する。第２算出部１１４は、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値の算出結果を蓄積部１１６に記憶させ、直前の算出結果を上書きする。

その後、コントローラ１００は処理をステップＳ１４に戻す。これにより、判定対象のアクチュエータの全ての動作目標値が許容範囲内に収まるまでステップＳ１４〜Ｓ１５が繰り返される。これにより、動作目標値が許容範囲外となっているアクチュエータについて、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値が算出される。

ステップＳ１５，Ｓ１６において、第２算出部１１４は、距離調節用の第７軸線Ａｘ７がワークＷから遠ざかる方向に第１腕部１３を屈曲させるように、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値を算出してもよい。即ちコントローラ１００は、第７軸線Ａｘ７がワークＷから遠ざかる方向に第１腕部１３を屈曲させるようにアクチュエータ２１〜２７を制御するものであってもよい。

第２算出部１１４によるアクチュエータ２１〜２７の動作目標値の算出手順は上述したものに限られない。例えば、ステップＳ１５において、第７アクチュエータ２７の動作目標値を設定するのに代えて、動作目標値が許容範囲外となっているアクチュエータ自体の動作目標値を許容範囲内の値に設定してもよい。これに対応し、ステップＳ１６においては、アクチュエータ２１〜２６のうちステップＳ１５において動作目標値を設定したアクチュエータを除いたもの、及び第７アクチュエータ２７の動作目標値を算出してもよい。

ステップＳ１４において、判定対象のアクチュエータの全てについて動作目標値が許容範囲内であると判定された場合に、コントローラ１００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、動作パターンの構築が完了したか否かをコントローラ１００が判定する。具体的には、例えば目標取得部１１１が、動作パターンの構築に必要な位置・姿勢の目標値を全て取得したか否かを判定する。位置・姿勢の目標値を全て取得したか否かは、例えばユーザがプログラミングペンダント１２０に入力した完了指令又はプログラミングペンダント１２０が記録媒体から読み込んだ完了指令に基づいて判定される。

ステップＳ１７において、動作パターンの構築が完了していないと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ１１に戻す。これにより、動作パターンの構築が完了するまでステップＳ１１〜Ｓ１７が繰り返され、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値の時系列データが構築される。

ステップＳ１７において、動作パターンの構築が完了していると判定した場合、コントローラ１００は処理を終了する。

〔加工装置による効果〕
以上に説明したように、加工装置１は、互いに協働して同一のワークＷに対する加工を行う複数のロボットを備える。複数のロボットは第１ロボット１０を含み、第１ロボット１０は、互いに直列に接続された旋回部１２、第１腕部１３、第２腕部１４、手首部１５及び先端部１６と、旋回部１２を第１軸線Ａｘ１まわりに旋回させる第１アクチュエータ２１と、第１腕部１３を第２軸線Ａｘ２まわりに揺動させる第２アクチュエータ２２と、第２腕部１４を第３軸線Ａｘ３まわりに揺動させる第３アクチュエータ２３と、先端部１６の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータ２４〜２６と、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離を調節する距離調節アクチュエータ２７と、を有する。

ロボット１０は、先端部１６の位置・姿勢を調整するアクチュエータ２１〜２６に加え、距離調節用の第７アクチュエータ２７を更に有する。このため、先端部１６の位置・姿勢を維持した状態で、基台１１及び先端部１６の間におけるロボット１０の姿勢を自在に変更可能である。

図６は、第７アクチュエータ２７の作用を例示する図である。図６中の二点鎖線で示されるロボット１０は、第１腕部１３を屈曲させることなくエンドエフェクタ１７を加工部位に配置した場合を示している。二点鎖線で示されるロボット１０は、ワークＷに干渉している。これに対し、実線で示されるロボット１０は、第１腕部１３を屈曲させて第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離を短縮するように第７アクチュエータ２７を動作させた場合を示している。実線で示されるロボット１０では、先端部１６の位置・姿勢を維持した状態で、第５軸線Ａｘ５及び第２軸線Ａｘ２の間の部分がワークＷから遠ざかり、ワークＷに対するロボット１０の干渉が防止されている。

このようなロボット１０が、同一のワークＷに対する加工を行う複数のロボットに含まれていることにより、ワークＷに対するロボットの干渉及びロボット同士の干渉を抑制できる。従って、容易な生産設備構築が可能となる。複数のロボットを高密度に配置することで作業時間を短縮することも可能となる。

加工装置１は、コントローラ１００を更に備える。コントローラ１００は、先端部１６の位置・姿勢の目標値を取得する目標取得部１１１と、距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を固定した条件にて、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出する第１算出部１１２と、アクチュエータ２１〜２６の少なくともいずれかを判定対象とし、判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲内であるか否かを判定する判定部１１３と、少なくとも一つの判定対象のアクチュエータについて動作目標値が許容範囲外となった場合に、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように、位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２６及び距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を算出する第２算出部１１４と、動作目標値に応じてアクチュエータ２１〜２７を制御する出力部１１５と、を有する。

上述したように、ロボット１０の構成によればワークＷとの干渉を抑制できるが、その一方で、先端部１６の位置・姿勢の目標値に対応するアクチュエータ２１〜２７の動作目標値は一通りに定まらない。このため、ロボットの動作教示においては何らかの拘束条件を適宜設定する必要がある。

これに対し、コントローラ１００は、まず第７アクチュエータ２７の動作目標値を固定した条件にて、アクチュエータ２１〜２６の動作目標値を算出する。次に、判定対象のアクチュエータの動作目標値が許容範囲外となった場合には、当該動作目標値が許容範囲内に収まるように、アクチュエータ２１〜２６及び距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値を自動的に再計算する。ロボット１０のアクチュエータの動作量を許容範囲内に抑えると、ロボット１０全体の動作量も抑制されるので、ワークＷ又は周辺機器との干渉が生じ難くなる傾向がある。

例えば図６において二点鎖線で示されるロボット１０では、第３アクチュエータ２３の動作目標値が許容範囲外となっている。すなわち、第１腕部１３に対する第２腕部１４の揺動角の目標値θ３が過大になっている。これに対し、図６において実線で示されるロボット１０では、第１腕部１３に対する第２腕部１４の揺動角の目標値θ３を緩和するようにアクチュエータ２１〜２６及び距離調節用の第７アクチュエータ２７の動作目標値が再計算されている。これに伴って第５軸線Ａｘ５及び第２軸線Ａｘ２の間の部分がワークＷから遠ざかり、ワークＷに対するロボット１０の干渉が防止されている。

このように、判定対象のアクチュエータの動作目標値を許容範囲内に抑えるという条件を採用することにより、ワークＷ又は周辺機器との干渉の発生確率を下げることができる。これにより、ワークＷ又は周辺機器との干渉を回避しつつ、先端部１６を各加工部位の近傍に適正配置する動作パターンの大部分を自動的に構築できる。従って、ロボット１０に対する動作教示の負担が軽減されるので、更に容易な生産設備構築が可能となる。

但し、加工装置１は、少なくとも一台のロボット１０を含む複数のロボットを備えていればよいので、コントローラ１００が上述した構成となっていることは必須ではない。

距離調節用の第７アクチュエータ２７は、第１腕部１３を距離調節用の第７軸線Ａｘ７まわりに屈曲させることで、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節する。この場合、第１腕部１３を単純に伸縮させて第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節するのに比べ、アクチュエータ２１〜２６の動作量を抑制し易い傾向がある。また、ロボット１０の姿勢をより多様に調節し、ワークＷ及び他のロボットを回避し易くなる傾向がある。従って、更に容易な生産設備構築が可能である。但し、第７アクチュエータ２７は、第２軸線Ａｘ２及び第３軸線Ａｘ３の間の距離Ｌ１を調節できればどのようなものであってもよいので、例えば第１腕部１３を伸縮させる直動アクチュエータであってもよい。

距離調節用の第７軸線Ａｘ７は、第２軸線Ａｘ２に対して平行である。仮に、第７軸線Ａｘ７が第２軸線Ａｘ２に対して垂直であるロボットを用いる場合、ワークＷに対するロボットの干渉を避けながら先端部１６を所望の位置・姿勢に配置するためには、第１腕部１３及び第２腕部１４に相当する部分を大きく側方（ワークＷ側を正面とした場合の側方）に傾ける必要が生じ得る。これによりロボット同士の干渉が生じ得るため、複数のロボットの配置間隔を大きくする必要がある。このことは、複数のロボットの高密度配置を妨げる一因ともなり得る。これに対し、ロボット１０においては第７軸線Ａｘ７が第２軸線Ａｘ２に対して平行であるので、少なくとも第７軸線Ａｘ７まわりの回転動作に起因して第１腕部１３及び第２腕部１４を側方に傾ける必要が生じ難く、ロボット同士の干渉が生じ難い。従って、複数のロボットの配置の選択肢がより多くなるので、更に容易な生産設備構築が可能となる。複数のロボットをより高密度に配置し、作業時間を更に短縮することも可能となる。但し、第７軸線Ａｘ７が第２軸線Ａｘ２に対して平行であることは必須ではない。

距離調節用の第７軸線Ａｘ７は、第３軸線に対しても平行である。この場合、先端部１６を所望の位置・姿勢に配置する際に、第１腕部１３及び第２腕部１４を側方に傾ける必要が更に生じ難くなるので、更に容易な生産設備構築が可能となる。複数のロボットをより高密度に配置し、作業時間を更に短縮することも可能となる。但し、第７軸線Ａｘ７が第３軸線Ａｘ３に対して平行であることも必須ではない。

第２算出部１１４は、距離調節用の第７軸線Ａｘ７がワークＷから遠ざかる方向に第１腕部１３を屈曲させるように、アクチュエータ２１〜２７の動作目標値を算出してもよい。即ちコントローラ１００は、第７軸線Ａｘ７がワークＷから遠ざかる方向に第１腕部１３を屈曲させるように、アクチュエータ２１〜２７を制御するものであってもよい。この場合、距離調節用の第７アクチュエータ２７を動作させてワークＷを回避する際に、ロボット同士の干渉がより確実に抑制される。従って、更に容易な生産設備構築が可能となる。

先端部１６の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータは、手首部１５を第４軸線Ａｘ４まわりに旋回させる第４アクチュエータ２４、手首部１５を第５軸線Ａｘ５まわりに揺動させる第５アクチュエータ２５、及び先端部１６を第６軸線Ａｘ６まわりに旋回させる第６アクチュエータ２６である。この場合、アクチュエータ２４〜２６の協働により先端部１６の姿勢を自在に調節できる。但し、複数の姿勢調節アクチュエータは、アクチュエータ２４〜２６に限定されず、先端部１６の姿勢を調節可能であればどのようなものであってもよい。例えば、必要とされる姿勢調節の程度に応じて、第４アクチュエータ２４、第５アクチュエータ２５及び第６アクチュエータ２６のいずれかが省略されていてもよい。

判定部１１３は、第２アクチュエータ２２、第３アクチュエータ２３及び第５アクチュエータ２５の少なくともいずれかを判定対象としてもよい。これらのアクチュエータの動作量は、ロボット全体の動作量に相関し易い傾向がある。このため、これらのアクチュエータを判定対象にして、その動作範囲を許容範囲内に抑えることで、ロボット１０全体の動作量をより確実に抑制し、干渉を更に抑制できる。

判定部１１３は、第３アクチュエータ２３及び第５アクチュエータ２５の少なくともいずれかを判定対象としてもよい。これらのアクチュエータの動作量は、ロボット全体の動作量に特に相関し易い傾向がある。このため、これらのアクチュエータを判定対象にして、その動作範囲を許容範囲内に抑えることで、ロボット１０全体の動作量をより確実に抑制し、干渉を更に抑制できる。

ロボット１０は、エンドエフェクタ１７として、先端部１６に設けられた溶接装置を更に備えていてもよい。この場合、ワークＷ又は周辺機器に対するロボット１０の干渉を抑制しつつ、広範囲の加工部位に対して溶接を行うことができる。

全てのロボットは設置面に固定されており、第１ロボット１０は、隣り合う他のロボットと可動範囲が重複するように配置されている。このため、ロボット１０による干渉抑制の効果がより顕著となるが、これらの構成は必須ではない。

加工装置１は、同一のワークＷに対する加工を行う複数のロボットを備えていればよいので、ロボットの台数は２台に限られない。例えば、図７に示すように、３台以上のロボットを備えていてもよい。図７の加工装置１は、４台のロボット１０を備える。４台のロボット１０は、ワークＷを囲む線に沿い、ワークＷを取り囲むように配置されている。

図１及び図７の加工装置１では、複数のロボットの全てが第１ロボット１０である。このため、全てのロボットにおいて、先端部１６の位置・姿勢を維持した状態で、基台１１及び先端部１６の間におけるロボットの姿勢を自在に変更可能である。従って、ワークＷに対するロボットの干渉及びロボット同士の干渉をより確実に抑制できる。

但し、全てのロボットが第１ロボット１０であることは必須ではない。例えば図８及び９に示すように、加工装置１の複数のロボットは、第２ロボット４０を更に含んでもよい。ロボット４０は、アクチュエータ２１〜２６を有し、距離調節用の第７アクチュエータ２７を有しない。ロボット４０は、第１腕部１３及び第７アクチュエータ２７を、第１腕部４３に置き換えたものである。このような構成においても、複数のロボットに第１ロボット１０を含むことにより、ワークＷに対するロボットの干渉及びロボット同士の干渉を抑制する効果が得られる。ロボットの台数に制限はなく、図８に示すように２台であってもよいし、図９に示すように３台以上であってもよい。

第１ロボット１０及び第２ロボット４０は、互いに隣り合うように配置されていてもよい。この場合、ロボット同士の干渉をより確実に抑制できる。

図８に示すように、加工装置１は、第１ロボット１０の方が第２ロボット４０に比べワークＷの近位側に加工を行うように構成されていてもよい。ワークＷの近位側に加工を行う場合、ロボットはアームを折り畳んだ姿勢となる。このような姿勢においては、一部のアクチュエータの動作量が許容限界に達し易い傾向がある。また、折り畳んだアームがワークＷ又は他のロボットに干渉し易い傾向がある。そこで、干渉を抑制可能な第１ロボット１０に、ワークＷの近位側への加工を割り当てることにより、ワークＷに対するロボットの干渉及びロボット同士の干渉をより確実に抑制できる。

図９に示すように、加工装置１は、第１ロボット１０の方が第２ロボット４０に比べワークＷ寄りに位置するように構成されていてもよい。即ち、第１ロボット１０の基台１１からワークＷまでの距離Ｌ２が、第２ロボット４０からワークＷまでの距離Ｌ３に比べ小さくなっていてもよい。この場合、干渉を抑制可能な第１ロボット１０をワークＷ寄りに配置することで、ワークＷの広範囲に亘ってエンドエフェクタ１７を到達させることが可能となる。これにより、第２ロボット４０により加工できない部分を第１ロボット１０によって補い、ワークＷの広範囲に亘って加工を行うことができる。

加工装置１によれば、第１ロボット１０を含む複数のロボットにより作業可能となるように、ワークＷを配置すること、複数のロボットによりワークＷに対する加工を行うこと、を含むワークの生産方法が実行可能である。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、加工装置１のワークＷは自動車のドアパネルに限られない。加工装置１は、自動車ボディの加工等にも適用可能であるし、自動車以外の技術分野における様々な部品又は製品の加工・組立にも適用可能である。

１…加工装置、１０…第１ロボット、１２…旋回部、１３…第１腕部、１４…第２腕部、１５…手首部、１６…先端部、１７…エンドエフェクタ（溶接装置）、２１…第１アクチュエータ、２２…第２アクチュエータ、２３…第３アクチュエータ、２４…第４アクチュエータ（姿勢調節アクチュエータ）、２５…第５アクチュエータ（姿勢調節アクチュエータ）、２６…第６アクチュエータ（姿勢調節アクチュエータ）、２７…第７アクチュエータ（距離調節アクチュエータ）、１００…コントローラ、Ａｘ１…第１軸線、Ａｘ２…第２軸線、Ａｘ３…第３軸線、Ａｘ４…第４軸線、Ａｘ５…第５軸線、Ａｘ６…第６軸線、Ａｘ７…第７軸線（距離調節用の軸線）、Ｌ１…第２軸線及び第３軸線の間の距離、Ｗ…ワーク。

Claims (14)

1. 互いに協働して同一のワークに対する加工を行う複数のロボットを備え、
   前記複数のロボットは第１ロボットを含み、
   前記第１ロボットは、
   互いに直列に接続された旋回部、第１腕部、第２腕部、手首部及び先端部と、
   前記旋回部を第１軸線まわりに旋回させる第１アクチュエータと、
   前記第１腕部を第２軸線まわりに揺動させる第２アクチュエータと、
   前記第２腕部を第３軸線まわりに揺動させる第３アクチュエータと、
   前記先端部の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータと、
   前記第２軸線及び前記第３軸線の間の距離を調節する距離調節アクチュエータと、を有する、加工装置。
2. 前記距離調節アクチュエータは、前記第１腕部を距離調節用の軸線まわりに屈曲させることで、前記第２軸線及び前記第３軸線の間の距離を調節する、請求項１記載の加工装置。
3. 前記距離調節用の軸線は、前記第２軸線に対して平行である、請求項２記載の加工装置。
4. 前記距離調節用の軸線は、前記第３軸線に対して平行である、請求項３記載の加工装置。
5. 前記距離調節用の軸線が前記ワークから遠ざかる方向に前記第１腕部を屈曲させるように、前記第１ロボットの前記第１〜第３アクチュエータ、前記複数の姿勢調節アクチュエータ及び前記距離調節アクチュエータを制御するコントローラを更に備える、請求項２〜４のいずれか一項記載の加工装置。
6. 前記複数のロボットは、前記第１〜第３アクチュエータ及び前記複数の姿勢調節アクチュエータを有し、前記距離調節アクチュエータを有しない第２ロボットを更に含み、
   前記第１ロボット及び前記第２ロボットは互いに隣り合うように配置されている、請求項１〜５のいずれか一項記載の加工装置。
7. 前記第１ロボットの方が前記第２ロボットに比べ前記ワークの近位側に加工を行うように構成されている、請求項６記載の加工装置。
8. 前記第１ロボットの方が前記第２ロボットに比べ前記ワーク寄りに位置するように構成されている、請求項６記載の加工装置。
9. 前記複数のロボットの全てが前記第１ロボットである、請求項１〜５のいずれか一項記載の加工装置。
10. 前記複数のロボットの全てが設置面に固定されている、請求項１〜９のいずれか一項記載の加工装置。
11. 前記第１ロボットは、隣り合う他のロボットと可動範囲が重複するように配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項記載の加工装置。
12. 前記複数の姿勢調節アクチュエータは、前記手首部を第４軸線まわりに旋回させる第４アクチュエータ、前記手首部を第５軸線まわりに揺動させる第５アクチュエータ、及び前記先端部を第６軸線まわりに旋回させる第６アクチュエータである、請求項１〜１１のいずれか一項記載の加工装置。
13. 前記先端部に設けられた溶接装置を更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項記載の加工装置。
14. 互いに直列に接続された旋回部、第１腕部、第２腕部、手首部及び先端部と、
    前記旋回部を第１軸線まわりに旋回させる第１アクチュエータと、
    前記第１腕部を第２軸線まわりに揺動させる第２アクチュエータと、
    前記第２腕部を第３軸線まわりに揺動させる第３アクチュエータと、
    前記先端部の姿勢を調節する複数の姿勢調節アクチュエータと、
    前記第２軸線及び前記第３軸線の間の距離を調節する距離調節アクチュエータと、を有する第１ロボットを含む複数のロボットにより作業可能となるように、ワークを配置すること、
    前記複数のロボットにより前記ワークに対する加工を行うこと、を含むワークの生産方法。

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