JP5423441B2 - 作業システム、ロボット装置、機械製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットにより物品を所定の方向に位置決めして所定位置に並置する作業システム、ロボット装置、機械製品の製造方法に関する。

従来、人によってなされていた作業をロボット等を用いて自動化する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００９−０００７９９

ところで、特許文献１等に示されるように、例えば、機械製品の組立作業等の従来人手によって行なわれる複雑な作業をロボットを用いて自動化することが望まれている。
しかしながら、組立作業を行なう場合には、製品を構成する多様な種類の部品やボルト等の接合部材を把持したり、加工したりする作業が発生するが、これらの多様な部品（特に異型のものや大重量のもの）のハンドリング等を行なうためには、ロボットのハンド部に作業内容毎にそれぞれ特化した装置を備える必要があり、ハンド部の構造が複雑化してしまうという課題がある。
ハンド部が複雑となると、ハンド部にかかる費用が増大するだけでなく、ハンド部の寸法が増大することで、周囲の物体と干渉する領域が大きくなってしまう。また、ハンド部の重量が増大すれば、それを支持するロボットにも大きな可搬重量が要求され、費用が増大する等の課題もある。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、人手による作業のための既存の作業スペースや作業設備をできるだけ用いながら、ワークに対する作業を精度良く行なうことができるようにした作業システム及びロボット並びに機械製品の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成した。
本願発明にかかる作業システムは、胴部と、胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、第１のアームと別体に胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、第１アーム及び第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、を有するロボットと、ロボットを制御する制御装置と、ロボットにより製品となるワークに対して作業を行なうステージと、ロボットの周囲に配設され、ワークの部品であるワーク部品を複数種類供給するワーク部品供給部と、を有し、制御装置は、複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品については第１アーム及び第２アームのハンド部で同時に保持してワーク部品供給部からステージに搬送し、複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については第１アーム又は第２アームのハンド部で保持してワーク部品供給部からステージに搬送することを特徴としている。

また、本作業システムは、基台を有し、胴部は、基台に固定された基部と、基部に対して旋回可能な旋回胴部とを有していることが好ましい。
また、ロボットの近傍に、１種以上の工具が備えられた工具置き場が配設され、制御装置は、第１アームまたは第２アームのハンド部により工具を保持して、保持した工具によりステージにおいて、ワークの組立作業を実行させることが好ましい。
本願発明にかかるロボット装置は、胴部と、胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、第１のアームと別体に胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、第１アーム及び第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、第１アーム及び第２アームをそれぞれ制御する制御装置と、を有し、制御装置は、複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品について第１アーム及び第２アームのハンド部で同時に保持してワーク部品供給部からステージに搬送し、複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については第１アーム又は第２アームのハンド部で保持してワーク部品供給部からステージに搬送することを特徴としている。

本願発明にかかる機械製品の製造方法は、胴部と、胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、第１のアームと別体に胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、第１アーム及び第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、を有するロボットにより機械製品を製造する方向であって、複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品について第１アーム及び第２アームのハンド部で同時に保持してワーク部品供給部からステージに搬送する工程と、複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については第１アーム又は第２アームのハンド部で保持してワーク部品供給部からステージに搬送する工程を有していることを特徴としている。

本願発明によれば、重量あるいはサイズが小さいワークについては、第１アームまたは第２アームの１を用いて搬送しながら、大重量のワークやサイズが大きいワーク部品であっても第１アーム及び第２アームのハンド部で同時に保持することにより、十分に搬送することができる。この際、第１アーム及び第２アームのハンド部に大重量のワーク部品を搬送するための特殊な冶具やチャック装置等を設けることなく、ハンド部をより単純かつ軽量に構成することができる。また、ハンド部を汎用性の高い機構で構成することができるため、ワークの搬送以外の組立作業に都合のよいハンド部の構成とすることができる。
また、第１アーム及び第２アームの可搬重量（即ちサイズ）を小さく設定しても大重量のワーク部品を精度良く搬送することができる。

本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を示す模式的な配置図 本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を示す模式的な斜視図 本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を示す模式的な斜視図 本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの動作を示すフローチャート

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。
本実施形態では、作業システムの適用の一例として、３種類のワーク部品Ｗ１〜Ｗ３をそれぞれ組立加工して所定のワークを作製するセル生産システム１００を例として説明する。
図２示すように、本実施形態にかかる生産システム１００は、ロボット（ロボット装置）１０１，ステージ１０２，部品ストッカ（ワーク部品供給部）１０３〜１０６，工具ストッカ１０９，ボルトフィーダ１０７及びコントローラ（制御装置）１０８を有して構成されている。

ステージ１０２はロボット１０１の前方（後述する第１アームと第２アームと胴部との中間に位置）に配置された平面部を有する台であり、上面にはワークＷ１の載置位置を規定する為の複数のストッパが配置されている。
部品ストッカ１０３〜１０６には、それぞれ異なる種類のワーク部品（以下、ワーク）Ｗ１〜Ｗ４が複数ストックされている。なお、部品ストッカ１０３〜１０６は固定の棚等で構成してもよく、また、ワーク部品を生産システム１００に搬入する搬送車や搬送コンベア等であってもよい。
各ワーク部品Ｗ１〜Ｗ４は、ロボット１０１による組み上げ加工作業が実行されることで機械製品としてのワークＷとなる。なお、ここでは、説明を単純化するためにワーク部品を４種類として説明しているが、ワーク部品の種類はワークＷの組み立て内容に応じて多数設定される。

工具ストッカ１０９には、種類の異なる電動工具（ボルト締め装置や穴開け加工機等）１０９Ａ等が配設されている。なお、電動工具は人間の作業者が作業するものと同様の汎用のものを適用することができる。
ボルトフィーダ１０７には、所定の位置にワークＷの組み立て作業に用いるボルト類が配設設けられており、予め教示された内容にしたがって複数種類のボルトを作業工程に応じて供給するようになっている。

コントローラ１０８は、記憶装置，電子演算器及び入力装置（いずれも図示省略）を有するコンピュータにより構成されており、ロボット１０１と相互通信可能に接続されている。

なお、以下、後述するロボット１０１の各可動部（旋回部，揺動部，ハンドユニット）には、それぞれサーボモータを有するアクチュエータ（図示省略）が内蔵されており、各可動部の回転位置は、アクチュエータに内蔵のエンコーダからの信号としてコントローラ１０８に入力されるようになっている。
コントローラ１０８には、予め、入力装置（例えば、プログラミングペンダント）を介して、ワークＷの組み立て動作態様（より具体的には、各可動部の動作位置情報等）が教示されており、コントローラ１０８は、動作実行時には教示された動作に従ってロボット１０１の各可動部に対して動作信号を与えるようになっている。

次に、ロボット１０１の構成について説明する。図２に示すように、ロボット１０１は、基台1が図示しないアンカーボルトでフロアに固定され、この基台１の上には、アクチュエータを介して胴部２が基台１に対して旋回自在に設けられている。
この胴部２には、右腕部（第１アーム）３Ｒ及び左腕部（第２アーム）３Ｌがそれぞれ左右に設けられている。
右腕部３Ｒには、右肩部４Ｒが水平面（フロアと平行な面）に沿って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。
右手首Ｂ部９Ｒの先端には右フランジ１０Ｒが設けてあり、右フランジ１０Ｒには、右ハンドユニット（第１ハンド部）１１が取り付けられている。右ハンドユニット（ハンド部）１１は右フランジ１０Ｒを可動させるサーボモータの駆動により、右ハンドユニット１１を旋回させ、コントローラ１０８の指示する位置で停止（位置決め）することができるようになっている。

右ハンドユニット１１は、２つの指部材１１Ａ，１１Ａの間隔を変化させるアクチュエータ（図示省略）を内蔵しており、各指部材１１Ａ，１１Ａの間で物体を把持可能に構成されている。また、保持対象物体に設けられた穴等に、各指部材１１Ａ，１１Ａを挿入した状態でアクチュエータにより指部材１１Ａ，１１Ａの間隔を大きくすることで穴と指部材１１Ａ，１１Ａとを当接させて保持対象物体を保持可能となっている。

左腕部３Ｌは右腕部３Ｒと左右対称であり、左腕部３Ｌには、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から構成されている。
左フランジ１０Ｌには、左ハンドユニット（ハンド部）１２が取り付けられている。左ハンドユニット１２には、右ハンドユニット１２と同様に２つの指部材１２Ａ，１２Ａの間隔を変化させるアクチュエータ（図示省略）を内蔵しており、各指部材１２Ａ，１２Ａの間で物体を把持可能に構成されている。

また、左ハンドユニット１２には、指部材１２Ａ，１２Ａと略直交する方向にボルト工具１２Ｂが設けられている。ボルト工具はボルトフィーダ１０７からボルトを取り出し、教示された位置にボルトを螺入可能となっている。

本発明の一実施形態にかかる生産システムはこのように構成されており、以下、コントローラ１０８に教示されたロボット１０１の動作、即ちワークＷの製造態様について説明する。
図４に示すように、まずステップＳ１０として、作業開始すると、コントローラ１０８は、予め記憶装置から入力された教示情報を読み込む。
そして、ステップＳ２０として、ストッカ１０３が左腕部３Ｌ及び右腕部３Ｒのほぼ中央に位置するように胴部２を基台１に対して旋回させ、右ハンドユニット１１の指部材１１Ａでワーク部品Ｗ１の予め教示された位置を把持するとともに、左ハンドユニット１２の指部材１２Ａでワーク部品Ｗ１の異なる位置を把持する。
右ハンドユニット１１，左ハンドユニット１２でワーク部品Ｗ１を把持した状態で左腕部３Ｌは右腕部３Ｒによりワーク部品Ｗ１を持ち上げ、胴部２をステージ１０２側に旋回させて、ステージ１０２上にワーク部品Ｗ１を載置する。なお、ワーク部品Ｗ１は予め教示された位置に載置されステージ１０２に設けられた突起部等によりステージ１０２から滑り落ちることなく位置決めされる。

次に、ステップＳ３０として、右腕部３Ｒが動作されて、ストッカ１０４のワーク部品Ｗ２を右ハンドユニット１１で把持し、ステージ１０２上のワーク部品Ｗ１の側面部にワーク部品Ｗ２を位置決めして当接させる。
ステップＳ４０はステップＳ３０と並行実行され、左腕部３Ｌがボルトフィーダ１０７側に動作され、左ハンドユニット１２のボルト工具１２Ｂでボルトフィーダ１０７からボルトを取り出す。
そして、ステップＳ５０では、右ハンドユニット１１により位置決めされたワーク部品Ｗ２側に左腕部３Ｌを動作させ、ボルト工具１２Ｂで保持したボルトを螺入してワーク部品Ｗ２をワーク部品Ｗ１と接合する（図３参照）。

次に、ステップＳ６０としては、右ハンドユニット１１及び左ハンドユニット１２により、それぞれ、ステージ１０２の両脇に設置された冶具材Ｊ１，Ｊ２を把持する。冶具材Ｊ１，Ｊ２は先端にフック部が形成されている。
ステップＳ７０として、胴部２をストッカ１０５側に旋回させ、ワークＷ３の下部に、右ハンドユニット１１及び左ハンドユニット１２により把持した冶具材Ｊ１，Ｊ２のフック
部を挿入し、各フック部によりワークＷ３を支持する。そして、左腕部３Ｌは右腕部３Ｒによりワーク部品Ｗ３を持ち上げ、胴部２をステージ１０２側に旋回させて、ステージ１０２上のワーク部品Ｗ１の上部にワーク部品Ｗ３を位置決めして載置する。

次に、ステップＳ８０としては、右腕部３Ｒが動作されて、工具ストッカ１０９の教示された電動工具１０９Ａを把持する。
ステップＳ８０と並行して実行されるステップＳ９０では、左腕部３Ｌが動作されて、ストッカ１０６のワーク部品Ｗ４の教示された位置を把持して、ステージ１０２上のワーク部品Ｗ１の嵌合部にワーク部品Ｗ４を嵌合させる（仮接合）。
ステップＳ８０が終了すると、右腕部３Ｒは電動工具１０９Ａの先端でボルトフィーダ１０７からボルトを取り出し、ワーク部品Ｗ１の上部に載置された状態のワーク部品Ｗ３をワークＷ１にボルト接合する（ステップＳ１００）。

一方、ステップＳ９０が終了すると、左腕部３Ｌがボルトフィーダ１０７側に動作され、左ハンドユニット１２のボルト工具１２Ｂでボルトフィーダ１０７からボルトを取り出し、ワーク部品Ｗ４をワーク部品Ｗ１にボルト接合する（ステップＳ１１０）。
その後、ワーク部品Ｗ１〜Ｗ４の組立作業が完了したワークＷをステージ１０２から図示省略の搬出路に搬出し、再びステップＳ１０からの動作が実行される。

このように本実施形態にかかる生産システムによれば、ロボット１０１が基台１及び胴部２を人間の胴体とし、胴体の両端に一対のアーム（腕）を有するという人間の上半身と同様の形態をとっているので、人手による作業用の既存の作業スペースにロボット１０１を配置して、部品ストッカ１０３〜１０６、工具ストッカ１０９及びボルトフィーダ１０７等の配置を既存の設備を流用して適用することができ、作業の自動化にかかる設備費用を低減することができる。

また、重量あるいはサイズが小さいワーク部品（Ｗ２，Ｗ４）については、右腕部３Ｒまたは左腕部３Ｌのみを用いて搬送し、残るアームで別の処理を実行することができる。また、大重量でサイズが大きいワーク部品（Ｗ１）については右腕部３Ｒ及び左腕部３Ｌを協働させて搬送することで右腕部３Ｒ及び左腕部３Ｌの可搬重量（即ちサイズ）を小さく設定しても大重量のワーク部品を精度良く搬送することができる。
また、指部材により把持可能な形状をしていないワーク（Ｗ３）については、冶具Ｊ１，Ｊ２を指部材で把持して、冶具を介して右腕部３Ｒ及び左腕部３Ｌを協働させてワーク部品を支持することで、各ハンドユニット１１，１２を特殊な冶具やチャック装置等を設けるなど複雑な構成にすることなく、簡単な冶具を生産システム１００内に配設するのみで、多様な形状のワーク部品を搬送することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかる生産システム、ロボット装置、機械製品の製造方法は上述の実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。

１ 基台
２ 胴部
３Ｒ 右腕部（第１アーム）
３Ｌ 左腕部（第２アーム）
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 右ハンドユニット（第１ハンド部）
１２ 左ハンドユニット（第２ハンド部）
１００ 生産システム
１０１ ロボット
１０２ ステージ
１０３〜１０６ 部品ストッカ（ワーク部品供給部）
１０７ 工具ストッカ
１０８ コントローラ（制御装置）
１０９ 工具ストッカ

Claims (4)

1. 胴部と、前記胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、前記第１のアームと別体に前記胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、前記第１アーム及び前記第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた第１工具とを有するロボットと、
   前記ロボットを制御する制御装置と、
   前記ロボットにより製品となるワークに対して作業を行なうステージと、
   前記ロボットの周囲に配設され、前記ワークの部品であるワーク部品を複数種類供給するワーク部品供給部と、
   前記ロボットの近傍に配設され、前記ハンド部で保持可能な１種類以上の第２工具が備えられた工具置き場と、を有し、
   前記制御装置は、
   前記複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品については前記第１アーム及び前記第２アームの前記ハンド部で同時に保持してワーク部品供給部から前記ステージに搬送し、
   前記複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については前記第１アーム又は前記第２アームの前記ハンド部で保持してワーク部品供給部から前記ステージに搬送し、
   前記ワーク部品を前記ステージに搬送した後、前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた前記第１工具、及び、前記第１アーム及び前記第２アームのうち前記第１工具が設けられていない方のアームの前記ハンド部で保持した前記第２工具を用いて、前記ステージにおいて前記ワークの組立作業を実行させる
   ことを特徴とする、作業システム。
2. 基台を有し、
   前記胴部は、前記基台に対して旋回可能に設けられる
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業システム。
3. 胴部と、
   前記胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、
   前記第１のアームと別体に前記胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、
   前記第１アーム及び前記第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、
   前記第１アーム及び前記第２アームをそれぞれ制御する制御装置と、
   前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた第１工具と、を有し、
   前記制御装置は、
   複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品について前記第１アーム及び前記第２アームの前記ハンド部で同時に保持してワーク部品供給部からステージに搬送し、
   前記複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については前記第１アーム又は前記第２アームの前記ハンド部で保持してワーク部品供給部から前記ステージに搬送し、
   前記ワーク部品を前記ステージに搬送した後、前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた前記第１工具、及び、前記第１アーム及び前記第２アームのうち前記第１工具が設けられていない方のアームの前記ハンド部で保持した第２工具を用いて、前記ステージにおいて製品となるワークの組立作業を実行させる
   ことを特徴とする、ロボット装置。
4. 胴部と、前記胴部に設置され複数の関節部を有する第１アームと、前記第１のアームと別体に前記胴部に設置され複数の関節部を有する第２アームと、前記第１アーム及び前記第２アームにそれぞれ設けられたハンド部と、前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた第１工具と、を有するロボットにより機械製品を製造する方法であって、
   複数種類のワーク部品のいずれかの種類のワーク部品について前記第１アーム及び前記第２アームの前記ハンド部で同時に保持してワーク部品供給部からステージに搬送する工程と、
   前記複数種類のワーク部品のうちの残る種類のワーク部品については前記第１アーム又は前記第２アームの前記ハンド部で保持してワーク部品供給部からステージに搬送する工程と、
   前記ワーク部品を前記ステージに搬送した後、前記第１アーム又は前記第２アームに設けられた前記第１工具、及び、前記第１アーム及び前記第２アームのうち前記第１工具が設けられていない方のアームの前記ハンド部で保持した第２工具を用いて、前記ステージにおいて製品となるワークの組立作業を実行させる工程と、を有している
   ことを特徴とする、機械製品の製造方法。

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