JP5741616B2 - 生産システム及び製品の生産方法 - Google Patents

Description

本発明は、生産システム及び製品の生産方法に関する。

電機製品や電子製品等の各種製品を生産する際、いわゆるセル生産で対応することがある。このセル生産を複数の組立ロボットを用いて自動化する際、一部のロボットにおいて作業が遅延してしまう場合がある。そこで、仮に作業遅延が発生しても、未実施の作業を後続のアームロボットに行わせることで、後続の作業ロボットを停止させないようにする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−２１８０９３号公報

しかしながら、上述したロボット生産システムでは、遅延が生じた場合、後続の作業ロボットを用いて作業遅延の影響を低減するようにしているが、作業遅延の影響をより柔軟に低減させることが望まれている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ロボットでの作業遅延をより柔軟なシステム構成によって低減させることができる生産システム、及び、製品の生産方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る生産システムは、ワークに対して一連の加工作業を分担して行う複数の生産ロボットと、複数の生産ロボットでの各加工作業を制御する制御部と、複数の生産ロボット間においてワークを搬送可能な搬送手段とを備えている。この生産システムでは、制御部は、複数の生産ロボットの内、所定の加工時間に対して加工作業が遅延する第１の生産ロボットの作業遅延情報を取得すると共に、第１の生産ロボットで行っている加工作業を代替可能な第２の生産ロボットの作業空き情報を取得し、取得した作業遅延情報及び作業空き情報を照合した結果に基づいて搬送手段により第１の生産ロボットから第２の生産ロボットへワークを搬送させる。

本発明によれば、ロボットでの作業遅延をより柔軟なシステム構成によって低減させることができる。

図１は、第１実施形態に係る生産システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す生産システムの制御機構を示すブロック図である。 図３は、第２実施形態に係る生産システムの概略構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しつつ、生産システムの実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように、生産システム１は、複数の組立ロボット装置１０，２０，３０，４０，５０（以下「組立ロボット装置１０〜５０」とも記す）と、複数の組立ロボット装置１０〜５０（複数の生産ロボット）での加工作業を統括的に制御するシステムコントローラ６０（制御部）と、各組立ロボット装置１０〜５０間において、ワークＷを搬送可能な搬送ロボット７０（搬送手段）とを備えて構成される。各組立ロボット装置１０〜５０は、例えば図１に示されるように、ワークを順次搬送するワーク搬送方向（組立ロボット装置１０から５０に向かう方向）に並べて配置される。各組立ロボット装置１０〜５０は、半製品であるワークに対して所定のワーク用部品を取り付けるといった一連の組立作業（加工作業）をシステムコントローラ６０による統括制御に基づいて行い、所定の製品を生産する。

図１に示す例では、一例として、５つの組立ロボット装置１０〜５０を用いているが、これに限定される訳ではなく、２〜４つの組立ロボット装置で生産システム１を構成してもよいし、６つ以上の組立ロボット装置で生産システム１を構成してもよい。

ここで、生産システム１を構成する組立ロボット装置１０〜５０について説明する。組立ロボット装置１０は、例えば６軸制御が可能な組立ロボットであり、ワークの組立作業を行うロボットアーム１２（加工手段）と、ロボットアーム１２が固定されてワークＷ１の組立作業を行うための作業台１４と、作業台１４上でワークＷ１を固定する固定部１６と、組立ロボット装置１０での組立作業を制御するコンピュータである装置コントローラ１８（図２参照）とを備えている。組立ロボット装置２０〜５０は、組立ロボット装置１０と同様の構成であり、ロボットアーム２２，３２，４２，５２（加工手段）と、作業台２４，３４，４４，５４と、固定部２６，３６，４６，５６と、装置コントローラ２８，３８，４８，５８（図２参照）とを備えている。

各組立ロボット装置１０〜５０は、ワークに対して一連の加工作業を分担して行うための各組立作業が可能なようにロボットアーム１２等が構成されているが、他の組立ロボット装置１０〜５０と共通する組立作業（例えば、ワークに取り付けた部材のネジ止めなど）が可能なようにも構成されている。即ち、各組立ロボット装置１０〜５０は、少なくとも一部の作業については、特定の設定変更を行うことなしに、又は、アーム先端のハンド部の交換や作業機能の設定を一部変更すること等により、共通して対応可能なように構成されている。なお、組立ロボット装置１０〜５０は、他の組立ロボット装置と異なる加工（接着剤の塗布や部材の切断など）ができるように構成されていてもよい。その場合には、加工の種類に応じてロボットアーム１２等の構成が多少異なることになる。また、図１に示す例では、組立ロボット装置１０〜５０として、一腕の作業ロボットを例示したが、双腕ロボット等の他の組立ロボットでもよい。

各装置コントローラ１８，２８，３８，４８，５８（以下「装置コントローラ１８〜５８」とも記す）は、システムコントローラ６０と相互に通信可能となるように接続されており、各組立ロボット装置１０〜５０それぞれに割り当てられた組立作業に必要な時間（作業時間）の情報、各組立ロボット装置１０〜５０での作業の進捗情報、及び、各組立ロボット装置１０〜５０で対応可能な作業項目の情報等をシステムコントローラ６０との間で送受信する。装置コントローラ１８〜５８それぞれには、作業の経過時間を計時可能なタイマーが内蔵されており、組立ロボット装置１０〜５０での作業の進捗情報として、組立ロボット装置の作業空き情報や、組立ロボット装置における作業遅延情報をシステムコントローラ６０に送信する。

作業空き情報は、例えば、所定の作業が終了し、次のワーク加工までの待ち時間に関する情報である。作業遅延情報は、例えば、所定の作業時間に対して割り当てられた作業がどの程度終了していないのか（又は終了しないと予測されるのか）、即ち、すべての作業を完了するまでの追加時間、又は、所定の作業時間内に終了しない作業項目などに関する情報である。

このような構成を備えた組立ロボット装置１０〜５０は、上述したように並べて配置され、組立ロボット装置１０，２０，３０，４０，５０の順でワークに対して所定の組立作業を行うことで製品を完成させる。各組立ロボット装置１０〜５０間でのワークの受け渡しは、例えば各組立ロボット装置１０等に設置されているロボットアーム１２等を用いて行うことができるが、組立ロボット装置１０〜５０に沿ってベルトコンベアを設置し、ロボットアーム１２等を用いてベルトコンベア上に加工済みのワークを置いたり、ベルトコンベアから加工用のワークを取り出したりするようにしてもよい。

システムコントローラ６０は、組立ロボット装置１０〜５０の上述したような組立動作を各装置に内蔵されて個別の作業制御を行う装置コントローラ１８〜５８と共働して統括的に制御する制御部であり、記憶装置、電子演算装置、入力装置及び表示装置を有するコンピュータにより構成されている。システムコントローラ６０は、機能的には、図２に示すように、組立ロボット装置１０〜５０での組立作業を統括的に制御する組立ロボット制御部６２と、搬送ロボット７０を制御する搬送ロボット制御部６８とを有している。

組立ロボット制御部６２は、あるワークＷに対して組立ロボット装置１０〜５０によって所定の組立作業を順に行う際の組立ロボット装置１０〜５０間でのワークの受渡しタイミング（作業時間）や、各組立ロボット装置１０〜５０へのワーク用部品の供給タイミング等を制御する。また、組立ロボット制御部６２は、空き情報取得部６３、遅延情報取得部６４及び判定部６５を含んでおり、所定のタイミングで隣接する組立ロボット装置１０〜５０へワークを引き渡すように制御された組立ロボット装置１０〜５０の作業状況を周期的にモニタする。

空き情報取得部６３は、各組立ロボット装置１０〜５０から周期的に送信される作業空き情報を取得する。空き情報取得部６３は、取得した作業空き情報を対応可能な組立作業項目データと紐づけて、各ロボット装置１０〜５０毎に一次的に記憶部に記憶しておく。

遅延情報取得部６４は、各組立ロボット装置１０〜５０から非周期的（突発的）に送信される作業遅延情報を取得する。遅延情報取得部６４は、作業遅延情報を取得すると、取得した作業遅延情報を、遅延している作業項目データ及び追加作業時間情報を含めて、判定部６５へ出力する。

判定部６５は、遅延情報取得部６４から作業遅延情報が入力されると、その作業遅延情報に基づいて、複数の組立ロボット装置１０〜５０の内、所定の組立時間に対して組立作業が遅延している組立ロボット装置（図１の例では組立ロボット装置５０）を検出すると共に、その検出の際に組立ロボット装置で行っていた組立作業（作業項目）を代替可能である組立ロボット装置があるか否かを判定する。つまり、判定部６５は、取得した作業遅延情報と作業空き情報とを照合して、作業遅延している組立ロボット装置での残りの組立作業を、代替加工する別の組立ロボットで所定の時間内に代替加工できるか否かの判定を行う。

この代替可能なロボット装置の判定では、空き情報取得部６３で予め取得された作業空き情報によって、次のワークの引き渡し時間までに代替加工する別の作業が可能であるか否かや、作業遅延している組立ロボット装置での作業項目と同じ作業項目が実施可能であるか否かが判定される。図１に示す例では、判定部６５によって、例えば組立ロボット装置２０が、作業が遅延している組立ロボット装置５０の代替ロボットとして検出される。判定部６５は、このように、ある組立ロボット装置での作業が遅延し、別の組立ロボット装置でその作業を代替可能であると判定した場合には、作業遅延している組立ロボット装置から代替可能である組立ロボット装置へのワークの搬送を指示する搬送指示信号を搬送ロボット制御部６８に出力する。

搬送ロボット制御部６８は、組立ロボット装置１０〜５０で組立作業中に作業遅延が発生した場合にワークを各装置間で移動させて遅延を低減させるために搬送ロボット７０の搬送を制御する部分である。具体的には、組立ロボット制御部６２の判定部６５で遅延していると判定された組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置５０）から加工中のワークを取得し、判定部６５で遅延している組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置５０）の代替ができる組立ロボット装置と判定された組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置２０）に、かかるワークを搬送して受け渡す。システムコントローラ６０から搬送ロボット７０への指示信号は例えば無線等によって送信される。

なお、加工中のワークを受け渡された組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置２０）は、空いている時間を用いて、加工途中のワークの組立作業を行って、残りの加工を完了する。

ここで、図１に戻り、生産システム１を用いた製品の生産方法の具体例について説明する。

まず、各組立ロボット装置１０〜５０それぞれは、一連の組立作業の内、予め割り当てられた作業を行い、作業が終了すると、隣接する組立ロボット装置２０〜５０等に対して加工済みのワークＷ１〜Ｗ５をロボットアーム１２等によって搬送する。なお、この通常の搬送は、ベルトコンベアや搬送ロボット等を用いてもよい。

続いて、上述した一連の組立作業を行っている際に、いずれかの組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置５０）において、ワーク用部品の掴み損ない等によってワークＷ５に対する所定の組立作業が遅延する事態が発生する。このような掴み損ないは、例えば、ワーク用部品の位置を認識するための画像認識処理において、加工を行う工場等での光の具合が時間と共に変化することによって発生し得る。システムコントローラ６０は、このようなワークＷ５に対する作業の遅延を各組立ロボット装置（例えばロボット装置５０）からの作業遅延情報を取得することによって認識する。

続いて、所定の組立ロボット装置での作業が遅延していることが検出されると、その組立ロボット装置（例えばロボット装置５０）で行っていた加工作業を代替可能な組立ロボット装置（例えばロボット装置２０）を、各組立ロボット装置１０〜５０から周期的に取得する作業空き情報に照合することで、検出する。図１に示す例では、例えば、組立ロボット装置２０が検出される。この組立ロボット装置２０では、組立ロボット装置５０がワークＷ５への組立作業を行う期間と同じ期間で作業するワークＷ２に対する組立作業は既に終えて組立ロボット装置３０へ受け渡しており、また、次に組立作業を行うべきワークＷ１の作業が直前の組立ロボット装置１０で組立作業中であり、作業に空きが発生している状態になっている。

続いて、遅延している組立ロボット装置５０と代替可能な組立ロボット装置２０との検出がされると、システムコントローラ６０は、搬送ロボット７０を用いて、加工途中のワークＷ５を組立ロボット装置５０から組立ロボット装置２０へ搬送して引き渡す。なお、搬送ロボット７０は、例えばマニピュレータを有しており、マニピュレータを用いてワークＷ５の引き渡し等を行う。

続いて、組立ロボット装置５０からのワークＷ５を組立ロボット装置２０が受け取ると、組立ロボット装置２０は、加工途中のワークＷ５に対して、残りの組立作業を実施する。そして、組立ロボット装置２０は、残りの組立作業を実施したワークＷ５を通常の搬送手段であるベルトコンベア等に搭載し、通常の加工工程に戻す。一方、作業が遅延してしまっていた組立ロボット装置５０は、加工中のワークＷ５を組立ロボット装置２０へ引き渡すことができたので、後続のワークＷ４に対して所定の組立作業を行えるようになり、これにより、システム全体としての作業遅延が防止される。

このように、生産システム１では、システムコントローラ６０は、複数の組立ロボット装置１０〜５０の内、所定の加工時間に対して加工作業が遅延する組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置５０）の作業遅延情報を取得すると共に、作業遅延している組立ロボット装置で行っている加工作業を代替可能な組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置２０）の作業空き情報を取得し、取得した作業遅延情報及び作業空き情報を照合した結果に基づいて搬送ロボットにより作業遅延している組立ロボット装置から代替加工可能な組立ロボット装置へワークを搬送させている。このため、生産システム１によれば、製造工程の上流又は下流の製造装置であるか否かに関わらず、作業空き状態である組立ロボット装置を有効活用することができるので、ロボットでの作業遅延をより柔軟なシステム構成によって低減させることができる。

また、生産システム１では、システムコントローラ６０は、取得した作業遅延情報及び作業空き情報を照合して、組立ロボット装置で遅延している残りの加工作業を搬送先の組立ロボット装置で所定の時間内に代替加工できるか否かの判定を行い、代替加工できる場合に、搬送ロボット７０により、加工遅延している組立ロボット装置から代替加工可能な組立ロボット装置へワークを搬送させている。このように代替加工可能か否かを判定してから搬送しているため、作業空き状態である組立ロボット装置の有効活用をより確実に行うことができる。

また、生産システム１では、システムコントローラ６０は、加工作業の進捗情報である作業遅延情報及び作業空き情報を複数の組立ロボット装置１０〜５０それぞれから取得している。このため、生産システム１全体における作業遅延状態や代替作業などを全体的に把握することができ、ロボットでの作業遅延をより一層柔軟なシステム構成によって低減させることができる。

なお、システムコントローラ６０は、加工作業の進捗情報である作業遅延情報及び作業空き情報の少なくとも一方を、複数の組立ロボット装置１０〜５０の内、予め定められた組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置５０）のみから取得するようにしてもよい。作業が遅延してボトルネックとなる組立ロボット装置は、経験上、推定することができるので、かかる装置からの進捗情報のみに限定することで、システムコントローラ６０が処理する情報量を減らして、処理速度を早めることができる。

［第２実施形態］
続いて、図３を参照して、第２実施形態に係る生産システムについて説明する。

第２実施形態に係る生産システム２は、第１実施形態に係る生産システム１を構成する組立ロボット装置１０〜５０と、システムコントローラ６０と、搬送ロボット７０とに加え、組立ロボット装置１１０，１２０，１３０，１４０，１５０（以下「組立ロボット装置１１０〜１５０」とも記す）を備えている。組立ロボット装置１１０〜１５０は、組立ロボット装置１０〜５０と同様の構成及び配置をしており、それぞれ、ワークの組立作業を行うロボットアーム１１２，１２２，１３２，１４２，１５２（加工手段）と、ロボットアーム１１２等が固定されてワークの組立作業を行うための作業台１１４，１２４，１３４，１４４，１５４と、作業台１１４等の上でワークＷ１１〜Ｗ１４を固定する固定部１１６，１２６，１３６，１４６，１５６と、組立ロボット装置１１０等での組立作業を制御する装置コントローラとを備えている。組立ロボット装置１１０〜１５０は、組立ロボット装置１０〜５０と同様に、システムコントローラ６０によって統括的に制御される。

このように、本実施形態に係る生産システム２は、一連の加工作業を分担して行う第１群の組立ロボット装置１０〜５０と、第１群の組立ロボット装置１０〜５０とは別の群である一連の加工作業を分担して行う第２群の組立ロボット装置１１０〜１５０との２つの生産システムを含んで構成されている。

第２の実施形態では、このように異なる群の組立ロボット装置１０〜５０，１１０〜１５０との間においても、第１実施形態と同様に、作業が遅延している組立ロボット装置から代替可能な組立ロボット装置へのワークの搬送を行うようになっている。第２実施形態における代替制御は第１実施形態と同様であるため説明を省略するが、一例としては次のように代替される。

例えば、図３に示すように、組立ロボット装置４０，５０で組立作業が遅延している場合を想定する。この場合、第２実施形態に係る生産システム２では、組立ロボット装置４０の遅延作業を行う組立ロボット装置として組立ロボット装置２０を、組立ロボット装置５０の遅延作業を行う組立ロボット装置として組立ロボット装置１５０を判定部６５による判定によって抽出する。そして、生産システム２では、かかる判定結果に基づいて、組立ロボット装置４０で作業遅延しているワークＷ４を組立ロボット装置２０へ、組立ロボット装置５０で作業遅延しているワークＷ６を組立ロボット装置１５０へ、２台の搬送ロボット７０によりそれぞれ搬送する。そして、ワークＷ４，Ｗ６が搬送された組立ロボット装置２０，１５０において、残りの組立作業を完了する。

このように、生産システム２でも、第１実施形態と同様、システムコントローラ６０は、複数の組立ロボット装置１０〜５０，１１０〜１５０の内、所定の加工時間に対して加工作業が遅延する組立ロボット装置（例えば組立ロボット装置４０，５０）の作業遅延情報を取得すると共に、作業遅延している生産ロボットで行っている加工作業を代替可能な生産ロボット（例えば組立ロボット装置２０，１５０）の作業空き情報を取得し、取得した作業遅延情報及び作業空き情報を照合した結果に基づいて搬送ロボット７０により作業遅延している生産ロボットから代替加工可能な生産ロボットへワークを搬送させている。このため、生産システム２によれば、製造工程の上流又は下流の製造装置であるか否かに関わらず、更に、別の製造群の製造装置であるか否かに関わらず、作業空き状態である組立ロボット装置を有効活用することができるので、ロボットでの作業遅延をより一層柔軟なシステム構成によって低減させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形を適用できる。例えば、システムコントローラ６０又は各装置コントローラ１８等が、作業遅延していると検出された組立ロボット装置及び代替された別の組立ロボット装置での代替加工に関する情報を含む作業履歴情報を蓄積する記憶部を備えるようにしてもよい。そして、この場合において、システムコントローラ６０又は各装置コントローラ１８等は、この記憶部に蓄積された作業履歴情報に基づいて、複数の組立ロボット装置１０等での代替加工及び搬送ロボット７０によるワークの搬送の少なくとも一方を制御するようにしてもよい。この場合、履歴情報を用いることで、システムが学習機能を有することになり、必要とする情報量を効率的に絞ることができるので、より処理速度の速い生産システムとすることができる。

また、上記実施形態では、作業遅延している組立ロボット装置から代替する組立ロボット装置への加工中ワークの搬送手段として、搬送ロボットを用いたが、ベルトコンベアや各装置のロボットアーム１２等を用いてもよい。また、上記実施形態では、作業遅延している組立ロボット装置の検出や代替可能な組立ロボット装置の抽出等の処理をシステムコントローラ６０で行っていたが、係る処理の一部又は全部を各組立ロボット装置１０等の装置コントローラ１８等で行うようにしてもよい。

１，２…生産システム、１０，２０，３０，４０，５０，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０…組立ロボット装置、６０…システムコントローラ、７０…搬送ロボット。

Claims (9)

1. ワークに対して一連の加工作業を分担して行う複数の生産ロボットと、
   前記複数の生産ロボットでの各加工作業を制御する制御部と、
   前記複数の生産ロボット間において前記ワークを搬送可能な搬送手段と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の生産ロボットの内、所定の加工時間に対して加工作業が遅延する第１の生産ロボットの作業遅延情報である遅延時間を取得すると共に、前記第１の生産ロボットで行っている加工作業を代替可能な第２の生産ロボットの作業空き情報である待ち時間を取得し、前記取得した作業遅延情報及び作業空き情報を照合し、前記第１の生産ロボットでの残りの加工作業を、前記第２の生産ロボットにより所定の時間内に代替加工できるか否かの判定を行い、代替加工が可能であると判定した場合、前記搬送手段により前記第１の生産ロボットから前記第２の生産ロボットへ前記ワークを搬送させる、生産システム。
2. 前記制御部は、加工作業の進捗情報である作業遅延情報及び作業空き情報の少なくとも一方を前記複数の生産ロボットから取得する、請求項１に記載の生産システム。
3. 前記制御部は、前記複数の生産ロボットそれぞれから取得した前記進捗情報に基づいて、加工遅延している前記第１の生産ロボット及び代替加工可能な前記第２の生産ロボットを検出する、請求項２に記載の生産システム。
4. 前記制御部は、加工作業の進捗情報である作業遅延情報及び作業空き情報の少なくとも一方を、前記複数の生産ロボットの内、予め定められた生産ロボットのみから取得する、請求項１に記載の生産システム。
5. 前記第１及び第２の生産ロボットは、少なくとも一部の加工作業を共通して行うことができる加工手段を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の生産システム。
6. 前記第１及び第２の生産ロボットでの代替加工に関する情報を含む作業履歴情報を蓄積する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、前記作業履歴情報に基づいて、前記複数の生産ロボットでの代替加工及び前記搬送手段によるワーク搬送の少なくとも一方を制御する、請求項１〜５の何れか一項に記載の生産システム。
7. 前記搬送手段は、搬送ロボット、ベルトコンベア、及び、前記複数の生産ロボットのアームの少なくとも何れか一つである、請求項１〜６の何れか一項に記載の生産システム。
8. 前記作業遅延情報は、前記第１の生産ロボットが、所定の作業時間内に終了しない作業を完了するために追加でかかる時間、又は、所定の作業時間内に終了しない作業項目に関する情報であり、
   前記作業空き情報は、前記第２の生産ロボットが、所定の作業を終了し、次のワーク加工まで待っている間の待ち時間に関する情報である、請求項１〜７の何れか一項に記載の生産システム。
9. ワークに対して一連の加工作業を分担して行う複数の生産ロボットで製品を生産するための生産方法であって、
   前記複数の生産ロボットで前記ワークに対して所定の加工作業を行うステップと、
   前記複数の生産ロボットの内、所定の加工時間に対して加工作業が遅延する第１の生産ロボットの作業遅延情報である遅延時間を制御部が取得するステップと、
   前記複数の生産ロボットの内、前記第１の生産ロボットで行っていた加工作業を代替可能である第２の生産ロボットの作業空き情報である待ち時間を前記制御部が取得するステップと、
   前記取得された作業遅延情報及び作業空き情報を照合し、前記第１の生産ロボットでの残りの加工作業を、前記第２の生産ロボットにより所定の時間内に代替加工できるか否かの判定を行い、代替加工が可能であると判定した場合、前記制御部が搬送手段を制御することにより、加工遅延している前記第１の生産ロボットから代替加工可能な前記第２の生産ロボットへ前記ワークを搬送させるステップと、
   前記搬送された前記ワークに対して前記第２の生産ロボットで加工作業を行うステップ
   と、を備える、製品の生産方法。

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