JP5751945B2 - マルチロボットシステムおよび電子部品実装機 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態の電子部品実装機の構成について説明する。以下の図において、左右方向は本発明の「X軸」に、前後方向は本発明の「Y軸」に、各々対応している。図1に、本実施形態の電子部品実装機の上面図を示す。図2に、同電子部品実装機のブロック図を示す。図1、図2に示すように、電子部品実装機1は、基板搬送装置2と、部品供給装置3f、3rと、第一ロボットユニット9fと、第二ロボットユニット9rと、総合制御装置6と、ベース8と、パーツカメラ90f、90rと、を備えている。
ベース8は、左右一対のブリッジ部80L、80Rと、左右一対のY軸ガイドレール80と、ベース本体81と、を備えている。 Y軸ガイドレール80は、本発明の「Y軸共用ガイド部」の概念に含まれる。ベース本体81は、工場の床面に配置されている。ブリッジ部80Lは、ベース本体81の上面左縁に配置されている。ブリッジ部80Lは、前後方向に延在している。ブリッジ部80Lは、後述する基板搬送装置2を、上方から跨いでいる。ブリッジ部80Rは、ブリッジ部80Lと同様に、ベース本体81の上面右縁に配置されている。左右一対のY軸ガイドレール80は、左右一対のブリッジ部80L、80Rの上面に配置されている。左右一対のY軸ガイドレール80は、前後方向に延在している。
基板搬送装置2は、ベース本体81の上面の前後方向中央に配置されている。基板搬送装置2は、コンベア20と搬送モータ21とを備えている。コンベア20は、前後一対のコンベアベルトを備えている。コンベアベルトは、左右方向に延在している。一対のコンベアベルト間には、基板Bが架設されている。搬送モータ21は、コンベアベルトを回転駆動する。
パーツカメラ90fは、ベース本体81の上面における、基板搬送装置2の前方に配置されている。パーツカメラ90rは、パーツカメラ90fと同様に、ベース本体81の上面における、基板搬送装置2の後方に配置されている。パーツカメラ90f、90rは、後述する吸着ノズル70に吸着された電子部品を、下方から撮像可能である。
第一ロボットユニット9fは、X軸第一ロボット4fと、Y軸第一ロボット5fと、装着ヘッド7fと、を備えている。Y軸第一ロボット5fは、Y軸モータ50fと、上下一対のX軸第一ガイドレール52fと、ロボット本体53fと、を備えている。X軸第一ガイドレール52fは、本発明の「X軸第一ガイド部」の概念に含まれる。ロボット本体53fは、左右一対のY軸ガイドレール80に対して、前後方向に摺動可能に配置されている。上下一対のX軸第一ガイドレール52fは、ロボット本体53fの後面に配置されている。X軸第一ガイドレール52fは、左右方向に延在している。Y軸モータ50fは、ロボット本体53fを前後方向に駆動する。Y軸モータ50fは、サーボモータであり、エンコーダ(図略)を備えている。後述するモータ制御装置61は、Y軸モータ50fを制御する。
第二ロボットユニット9rは、X軸第二ロボット4rと、Y軸第二ロボット5rと、装着ヘッド7rと、を備えている。Y軸第二ロボット5rは、Y軸第一ロボット5fの後方に配置されている。Y軸第二ロボット5rの構成は、Y軸第一ロボット5fの構成と、同様である。また、Y軸第二ロボット5rの配置は、Y軸第一ロボット5fの配置と、前後対称である。すなわち、Y軸第二ロボット5rは、Y軸モータ(図略)と、上下一対のX軸第二ガイドレール52rと、ロボット本体53rと、を備えている。X軸第二ガイドレール52rは、本発明の「X軸第二ガイド部」の概念に含まれる。
総合制御装置6は、上位制御装置60と、モータ制御装置61と、複数の駆動回路(サーボアンプ)と、を備えている。モータ制御装置61は、本発明の「下位制御装置」の概念に含まれる。上位制御装置60は、入出力インターフェイス600と、演算部601と、記憶部602と、を備えている。入出力インターフェイス600は、モータ制御装置61および駆動回路を介して、搬送モータ21、一対のX軸モータ40f、一対のY軸モータ50f、一対のZ軸モータ71f、一対のθ軸モータ72fに電気的に接続されている。
次に、本実施形態の電子部品実装機を用いた電子部品実装方法について簡単に説明する。まず、総合制御装置6は、搬送モータ21を駆動して、基板Bを所定の位置に配置する。次に、総合制御装置6は、X軸モータ40f、Y軸モータ50f、Z軸モータ71f、θ軸モータ72fを適宜駆動して、つまりX軸第一ロボット4f、Y軸第一ロボット5f、装着ヘッド7fを適宜駆動して、吸着ノズル70により、テープフィーダー30fから電子部品を取り出す。続いて、総合制御装置6は、X軸第一ロボット4f、Y軸第一ロボット5f、装着ヘッド7fを適宜駆動して、電子部品を基板Bの所定の装着位置に装着する。
次に、第一ロボットユニット9fと第二ロボットユニット9rとの干渉を監視する際に必要な、上記各距離の定義について説明する。以下の説明において、「内端」とは、任意の方向に対向している一対の部材の、対向方向内側の端部をいう。例えば、前後方向に対向しているY軸第一ロボット5f(前方)、Y軸第二ロボット5r(後方)の場合、Y軸第一ロボット5fの後端、Y軸第二ロボット5rの前端が内端に相当する。前後方向に対向している装着ヘッド7f(前方)、7r(後方)の場合、装着ヘッド7fの後端、装着ヘッド7rの前端が内端に相当する。左右方向に対向している装着ヘッド7f(左方)、7r(右方)の場合、装着ヘッド7fの右端、装着ヘッド7rの左端が内端に相当する。左右方向に対向している装着ヘッド7f(右方)、7r(左方)の場合、装着ヘッド7fの左端、装着ヘッド7rの右端が内端に相当する。
図3に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットの相対距離説明用の模式上面図を示す。図3に示すように、Y軸相対距離Lyは、Y軸第一ロボット5fの内端と、Y軸第二ロボット5rの内端と、の間の前後方向距離である。モータ制御装置61は、Y軸第一ロボット5fのY軸モータ50fおよびY軸第二ロボット5rのY軸モータに、位置指令を出している。当該位置指令を基に、モータ制御装置61の演算部(図略)は、Y軸相対距離Lyをリアルタイムで演算している。
X軸相対距離Lxは、装着ヘッド7f、7rの内端間の左右方向距離である。モータ制御装置61は、X軸第一ロボット4fのX軸モータ40fおよびX軸第二ロボット4rのX軸モータに、位置指令を出している。当該位置指令を基に、モータ制御装置61の演算部は、X軸相対距離Lxをリアルタイムで演算している。
図4に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのX軸接近限界距離説明用の模式上面図を示す。図4に示すように、X軸接近限界距離Rxは、これ以上装着ヘッド7f、7rが左右方向から接近すると装着ヘッド7f、7rが干渉する可能性が大きい状態における、装着ヘッド7f、7rの内端間の左右方向距離である。図2に示すモータ制御装置61の記憶部は、X軸接近限界距離Rxを格納している。
図5(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのY軸第一干渉距離説明用の模式上面図を示す。図5(b)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのY軸第二干渉距離説明用の模式上面図を示す。
図5(b)に示すように、前方または後方から見て、装着ヘッド7f、7r同士が重複していない状態(Y軸視非重複状態)において、第一ロボットユニット9fと第二ロボットユニット9rとが相対的に前後方向から接近する際に最初に干渉するのは、「装着ヘッド7fの内端とY軸第二ロボット5rの内端」および「装着ヘッド7rの内端とY軸第一ロボット5fの内端」(以下、「装着ヘッドの内端とY軸ロボットの内端」と略称する。)である。Y軸第二干渉距離Ry2は、これ以上装着ヘッド7f、7rが前後方向に進行すると装着ヘッドの内端とY軸ロボットの内端とが干渉する可能性が大きい状態における、Y軸第一ロボット5fの内端と、Y軸第二ロボット5rの内端と、の間の前後方向距離である。Y軸第二干渉距離Ry2は、本発明の「Y軸監視距離」の概念に含まれる。Y軸第二干渉距離Ry2は、装着ヘッド7f、7r同士が前後方向から当接した場合のY軸第一ロボット5fとY軸第二ロボット5rとの間の前後方向距離以下である。すなわち、Y軸第二干渉距離Ry2は、Y軸第一干渉距離Ry1よりも小さい。図2に示すモータ制御装置61の記憶部は、Y軸第二干渉距離Ry2を格納している。
Y軸第一制動距離Sy1は、Y軸第一ロボット5fが制動動作を開始してから停止するまでの前後方向距離である。図2に示すモータ制御装置61のY軸モータ50fに対する速度指令値をVy、仕様減速度値(Y軸第一ロボット5fが安全に停止可能な最大減速度値)をay(速度が減少する場合に正値)とすると、Y軸第一制動距離Sy1は、以下の式(1)から導出される。
Sy1=Vy2/2ay ・・・式(1)
Y軸第二制動距離Sy2は、Y軸第二ロボット5rが制動動作を開始してから停止するまでの前後方向距離である。Y軸第二制動距離Sy2は、Y軸第一制動距離Sy1と同様に、上記式(1)から導出される。
X軸第一制動距離Sx1は、X軸第一ロボット4fが制動動作を開始してから停止するまでの左右方向距離である。図2に示すモータ制御装置61のX軸モータ40fに対する速度指令値をVx、仕様減速度値(X軸第一ロボット4fが安全に停止可能な最大減速度値)をax(速度が減少する場合に正値)とすると、X軸第一制動距離Sx1は、以下の式(2)から導出される。
Sx1=Vx2/2ax ・・・式(2)
X軸第二制動距離Sx2は、X軸第二ロボット4rが制動動作を開始してから停止するまでの左右方向距離である。X軸第二制動距離Sx2は、X軸第一制動距離Sx1と同様に、上記式(2)から導出される。
次に、本実施形態の電子部品実装機を用いた干渉監視方法について説明する。図6に、本実施形態の電子部品実装機を用いた干渉監視方法のフローチャート(その1)を示す。図7に、同干渉監視方法のフローチャート(その2)を示す。なお、以下に示す干渉監視方法は、モータ制御装置61により実行される。
図8(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ1=YESの場合の模式上面図を示す。図8(b)に、同電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ1=NOの場合の模式上面図を示す。
Ry1≧Ly ・・・式(3)
ステップ1において式(3)が成立する場合は、ステップ2に進む。図9(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ2=YESの場合の模式上面図を示す。図9(b)に、同電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ2=NOの場合の模式上面図を示す。
Rx≧Lx ・・・式(4)
Rx≧Lx−Sx1−Sx2 ・・・式(5)
ステップ3においては、ヘッド干渉監視フラグがオンになる。ステップ4においては、ヘッド干渉監視フラグのオンを受けて、X軸非干渉制御が発動する。ステップ5においては、図2に示すモータ制御装置61が一対のX軸モータ40fを停止する。並びに、モータ制御装置61が一対のY軸モータ50fを停止する。すなわち、全ロボットの動作を停止する。モータ制御装置61は、上位制御装置60にエラー報告を送信する。上位制御装置60は、ディスプレイ(図略)にエラー表示を出力する。
ステップ2において「式(4)および式(5)が共に成立する場合」以外の場合は、図7に示すステップ6に進む。ステップ6においては、装着ヘッド7f、7r同士が左右方向から干渉する可能性が小さい。このため、ヘッド干渉監視フラグがオフになる。
図10(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ8=YESの場合の模式上面図を示す。図10(b)に、同電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ8=NOの場合の模式上面図を示す。
Ry2≧Ly−Sy1−Sy2 ・・・式(6)
ステップ8において式(6)が成立する場合は、ステップ9に進む。ステップ9においては、Y軸非干渉制御フラグがオンになる。ステップ10においては、Y軸非干渉制御フラグのオンを受けて、Y軸非干渉制御が発動する。ステップ11においては、図2に示すモータ制御装置61が一対のX軸モータ40fを停止する。並びに、モータ制御装置61が一対のY軸モータ50fを停止する。すなわち、全ロボットの動作を停止する。モータ制御装置61は、上位制御装置60にエラー報告を送信する。上位制御装置60は、ディスプレイ(図略)にエラー表示を出力する。
ステップ8において式(6)が成立しない場合は、ステップ12に進む。ステップ12においては、装着ヘッドの内端とY軸ロボットの内端とが前後方向から干渉する可能性が小さい。このため、Y軸非干渉制御フラグがオフになる。
図6に戻って、ステップ1において式(3)が成立しない場合は、ステップ14に進む。図11(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ14=YESの場合の模式上面図を示す。図11(b)に、同電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ14=NOの場合の模式上面図を示す。
ステップ15においては、ヘッド干渉監視フラグがオンになる。図11(a)に示すように、装着ヘッド7f、7r同士は、左右方向に比較的接近している。このため、ステップ16において、後述するY軸非干渉制御フラグのオン−オフを決定する基準になる干渉距離として、Y軸第一干渉距離Ry1(図5(a)参照)を採用する。
図12(a)に、本実施形態の電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ17=YESの場合の模式上面図を示す。図12(b)に、同電子部品実装機の第一ロボットユニットおよび第二ロボットユニットのステップ17=NOの場合の模式上面図を示す。
Ry1≧Ly−Sy1−Sy2 ・・・式(7)
ステップ17において式(7)が成立する場合は、ステップ18に進む。ステップ18においては、Y軸非干渉制御フラグがオンになる。ステップ19においては、Y軸非干渉制御フラグのオンを受けて、Y軸非干渉制御が発動する。ステップ20においては、図2に示すモータ制御装置61が一対のX軸モータ40fを停止する。並びに、モータ制御装置61が一対のY軸モータ50fを停止する。すなわち、全ロボットの動作を停止する。モータ制御装置61は、上位制御装置60にエラー報告を送信する。上位制御装置60は、ディスプレイ(図略)にエラー表示を出力する。
ステップ17において式(7)が成立しない場合は、ステップ21に進む。ステップ21においては、装着ヘッド7f、7r同士が干渉する可能性が小さい。このため、Y軸非干渉制御フラグがオフになる。
ステップ14において「式(4)および式(5)が共に成立する場合」以外の場合は、図7に示すステップ6に進む。ステップ6〜13の実行方法は、上述したとおりである。
次に、本実施形態の電子部品実装機の作用効果について説明する。本実施形態の電子部品実装機1によると、例えば、図6、図7の式(5)、式(6)、式(7)に示すように、Y軸相対距離Ly、X軸相対距離Lx、Y軸第一制動距離Sy1、Y軸第二制動距離Sy2、X軸第一制動距離Sx1、X軸第二制動距離Sx2を基に第一ロボットユニット9fと第二ロボットユニット9rとの干渉を監視している。このため、Y軸第一制動距離Sy1、Y軸第二制動距離Sy2、X軸第一制動距離Sx1、X軸第二制動距離Sx2には、装着ヘッド7f、7rの重量が反映される。したがって、装着ヘッド7f、7rの交換に伴って第一ロボットユニット9f、第二ロボットユニット9rの制動距離が変わる場合であっても、第一ロボットユニット9fと第二ロボットユニット9rとの干渉を抑制することができる。
以上、本発明のマルチロボットシステムおよび電子部品実装機の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
20:コンベア、21:搬送モータ、30f:テープフィーダー、30r:テープフィーダー、40f:X軸モータ、43f:ロボット本体、43r:ロボット本体、50f:Y軸モータ、52f:X軸第一ガイドレール(X軸第一ガイド部)、52r:X軸第二ガイドレール(X軸第二ガイド部)、53f:ロボット本体、53r:ロボット本体、60:上位制御装置、61:モータ制御装置(下位制御装置)、70:吸着ノズル、71f:Z軸モータ、72f:θ軸モータ、73f:ヘッド本体、73r:ヘッド本体、74f:記憶部、80:Y軸ガイドレール(Y軸共用ガイド部)、80L:ブリッジ部、80R:ブリッジ部、81:ベース本体、90f:パーツカメラ、90r:パーツカメラ。
600:入出力インターフェイス、601:演算部、602:記憶部。
B:基板、Lx:X軸相対距離、Ly:Y軸相対距離、Rx:X軸接近限界距離、Ry1:Y軸第一干渉距離(Y軸監視距離)、Ry2:Y軸第二干渉距離(Y軸監視距離)、Sx1:X軸第一制動距離、Sx2:X軸第二制動距離、Sy1:Y軸第一制動距離、Sy2:Y軸第二制動距離。
Claims (5)
- 制御装置と、該制御装置により駆動され交換可能な交換部材を有する複数のロボットユニットと、を備えるマルチロボットシステムであって、
複数の前記ロボットユニットの軌道の少なくとも一部同士は重複し、
前記制御装置は、複数の該ロボットユニットの位置を認識可能であり、複数の該ロボットユニット間の相対距離、および前記交換部材の種類により異なる該ロボットユニットの制動距離を基に、複数の該ロボットユニット同士の干渉を監視し、
交換により該ロボットユニットに取り付けられた該交換部材は、自身の該種類に関するデータを、該制御装置に送信し、
該制御装置は、送信された該データを基に、該交換部材の該種類を判別し、該種類に応じて、複数の該ロボットユニット同士の干渉の監視に用いられる監視距離を切り替えることを特徴とするマルチロボットシステム。 - 互いに交差する軸をX軸、Y軸として、
該Y軸方向に延在するY軸共用ガイド部を有するベースを備え、
複数の前記ロボットユニットは、
該Y軸共用ガイド部に案内され該Y軸方向に動くロボット本体と該ロボット本体に配置され該X軸方向に延在するX軸第一ガイド部とを有するY軸第一ロボットと、該X軸第一ガイド部に案内され該X軸方向に動くロボット本体を有するX軸第一ロボットと、該X軸第一ロボットの該ロボット本体に交換可能に配置される前記交換部材と、を有する第一ロボットユニットと、
該Y軸共用ガイド部に案内され該Y軸方向に動くロボット本体と該ロボット本体に配置され該X軸方向に延在するX軸第二ガイド部とを有するY軸第二ロボットと、該X軸第二ガイド部に案内され該X軸方向に動くロボット本体を有するX軸第二ロボットと、該X軸第二ロボットの該ロボット本体に交換可能に配置される該交換部材と、を有する第二ロボットユニットと、
を含み、
前記制御装置は、該Y軸方向から見て、該第一ロボットユニットの該交換部材および該第二ロボットユニットの該交換部材の少なくとも一部同士が重複しているY軸視重複状態と、該第一ロボットユニットの該交換部材と該第二ロボットユニットの該交換部材とが重複していないY軸視非重複状態と、で該Y軸方向の前記監視距離であるY軸監視距離を切り替える請求項1に記載のマルチロボットシステム。 - 前記制御装置は、前記第一ロボットユニットと前記第二ロボットユニットとの前記Y軸方向の相対距離であるY軸相対距離に応じて前記Y軸監視距離を切り替える請求項2に記載のマルチロボットシステム。
- 前記制御装置は、上位制御装置に接続され前記ロボットユニットを駆動する下位制御装置である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマルチロボットシステム。
- 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載のマルチロボットシステムを備え、
前記交換部材は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有する装着ヘッドである電子部品実装機。
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