JP6249292B2

JP6249292B2 - 作業システム

Info

Publication number: JP6249292B2
Application number: JP2014095714A
Authority: JP
Inventors: 忠弘藤原; 善弘宮野
Original assignee: KAWADA ROBOTICS CORPORATION
Current assignee: KAWADA ROBOTICS CORPORATION
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: JP2015211997A

Description

本発明は、走行台車上に単腕もしくは双腕の作業ロボットを搭載した１または複数の走行ロボットを作業場所間で移動させて複数の作業場所で作業を行う作業システムに関するものである。

台車上に作業ロボットを搭載して移動可能とした作業システムとしては従来、例えば特許文献１記載のものが知られており、この作業システムは、制御装置を収容した台車の上に作業ロボットとして、胴部と頭部を持つ上体型ロボットを搭載し、その台車を人手で押されることで任意の作業場所へ移動できるようにして、移動した場所でその制御装置により、頭部に具えたカメラからの画像に基づき対象物およびロボット自身の位置を認識するとともに、胴部の両側に具えた双腕を作動させて作業を行う。

ところで、１台の作業ロボットが多種多様な作業を行うには多数の作業場所で作業を行う必要が有り、作業ロボットに走行機能を持たせることが不可欠である。このため上記の如き上体型ロボットを搭載した台車として、走行装置を持って所定経路に沿って走行移動する走行台車を用いることが提案されている。

特開２０１０−０６４１９８号公報

しかしながら従来の作業システムでは、チェーン状のケーブルベア（登録商標）等でロボット駆動用の電源線やエアー配管を台車に接続し、上体型ロボットへの電源やエアー等の供給を行っていることから、台車にその電源線やエアー配管が常に接続されているため、走行装置を持つ走行台車を用いることとしても、長距離の移動や複雑な経路の移動は困難であった。

また従来の作業システムでは、作業場所が離れていて作業ロボットの移動距離が長くなると作業ロボットと作業場所との間の相対位置精度が低下し、高い位置精度が要求される精密位置決め作業には位置精度が不足することがあった。

それゆえ本発明は、１もしくは複数の走行ロボットで多種多様な作業を、複雑な経路を経る移動を伴って多数の離れた作業場所で行うことができる作業システムを提供することを目的としている。また本発明は、作業場所が離れていても、高い位置決め精度を要求される作業を行うことができる作業システムを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を有利に解決するためになされたものであり、本発明の作業システムは、走行台車上に単腕もしくは双腕の作業ロボットを搭載して走行移動する１または複数の走行ロボットを所定経路に沿って作業場所間で移動させて複数の作業場所で作業を行う作業システムにおいて、走行ロボットに受電機器および受圧機器を設けるとともに、複数の作業場所の少なくとも１つに走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットの腕の作動によってその走行ロボットの受電機器および受圧機器に、対応する給電機器および給圧機器を着脱する給電設備および給圧設備を設け、走行ロボットに、作業場所間の移動中の給電を行うとともに作業場所での移動停止中に給電機器から受電機器を介して充電されるバッテリーを搭載し、走行ロボットの走行台車上に作業台を設けたことを特徴とするものである。

本発明の作業システムにあっては、走行台車上に単腕もしくは双腕の作業ロボットを搭載して走行移動する１または複数の走行ロボットが、搭載したバッテリーから走行台車に給電されて、所定経路に沿って次の作業場所へ移動し、作業場所に到着して移動停止するとそのバッテリーからの給電による、走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットの腕の作動によってその走行ロボットの受電機器および受圧機器に、到着した作業場所の給電設備および給圧設備の、対応する給電機器および給圧機器を装着して、その給電機器および給圧機器から走行ロボットの受電機器および受圧機器に供給された電力およびエアー圧や油圧等の圧力を用いて作業ロボットがその作業場所での作業を行い、また、その給電機器から受電機器に供給された電力で走行ロボットが、搭載したバッテリーへの充電を行い、その作業場所での作業が終了すると、走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットの腕の作動によってその走行ロボットの受電機器および受圧機器から、その作業場所の給電設備および給圧設備の、対応する給電機器および給圧機器を離脱させ、その後、走行ロボットが、搭載したバッテリーから走行台車に給電されて、所定経路に沿ってさらに次の作業場所へ移動する。

従って、本発明の作業システムによれば、走行台車に電源線やエアー圧配管等の給圧配管を常に接続しておく必要がないので、１もしくは複数の走行ロボットで多種多様な作業を、複雑な経路を経る移動を伴って、多数の離れた作業場所で行うことができる。
そして、走行ロボットの受電機器および受圧機器と作業場所の給電機器および給圧機器との着脱を、走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットがその腕の作動によって行うことから、その着脱のための装置を走行ロボットに別途に搭載する必要がないので、走行ロボットを簡易に構成することができる。
しかも、走行ロボットの走行台車上に作業台を設けていることから、作業場所で供給される部品や工具等を用いて、走行ロボット自身の作業台上で作業ロボットがその腕の作動によって組立等の作業を行うことができるので、作業場所が走行ロボットから離れていても、高い位置決め精度を要求される作業を行うことができる。

なお、本発明の作業システムにおいては、走行台車上に搭載された作業ロボットがカメラを有し、各作業場所にその作業ロボットのカメラで撮影可能な作業場所識別表示を設け、走行ロボットが、その走行台車上の作業ロボットのカメラからの作業場所識別表示の画像に基づき現在位置している作業場所を識別するとともに作業場所に対して当該走行ロボットを位置決めするようにしてもよい。

このようにすれば、走行ロボットが、次の作業場所へ移動し、作業場所に到着するとカメラからの画像に基づきその作業場所を識別するとともに作業場所に対して当該走行ロボットを位置決めするので、走行ロボットに各作業場所で行う作業をあらかじめ教示しておくことで、走行ロボットが、その走行ロボットの受電機器および／または受圧機器に対する、到着した作業場所の給電設備および／または給圧設備の、対応する給電機器および／または給圧機器の着脱と、到着した作業場所での作業とを自動的に行うことができる。

さらに、本発明の作業システムにおいては、走行ロボットが移動する所定経路が、作業場所に隣接する例えばループ状等の作業経路とそこから分岐した例えばバイパス状等の待機経路とを有していてもよい。このようにすれば、待機経路から、作業に応じて必要な台数の走行ロボットを作業経路に供給できるので、効率良く作業を行うことができる。

さらに、本発明の作業システムにおいては、走行ロボットに設ける受電機器が通信端末も有し、複数の作業場所の少なくとも１つに設ける給電設備の給電機器が走行ロボットの走行ロボットの走行台車上に搭載された腕の作動によってその走行ロボットの通信端末に対し着脱される通信端末を有していてもよい。このようにすれば、作業場所と走行ロボットとの間で、作業内容の他、組付ける部品の種類や残り個数等の最新の情報のやり取りを行うことができるので、作業内容を作業場所の状況に応じて適宜に変更することができる。

この発明の作業システムの一実施形態を模式的に示す平面図である。上記実施形態の作業システムを模式的に示す側面図である。（ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の作業システムにおける作業場所の給電機器および給圧機器と走行ロボットの受電機器および受圧機器との着脱状態を示す平面図および側面図である。（ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の作業システムにおける作業場所の給電機器および給圧機器と走行ロボットの受電機器および受圧機器とを互いに離脱した状態でそれぞれ示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の作業システムの一実施形態を模式的に示す平面図、図２は、その実施形態の作業システムを模式的に示す側面図であり、図中、符号１は、この実施形態の作業システムが具える走行ロボットを示す。

この走行ロボット１は、制御装置と走行装置とバッテリーとを収容した走行台車２の上に、胴部と頭部とを持つ上体型の作業ロボット３を搭載しており、走行台車２上の作業ロボット３は、その頭部に具えた２台のカメラ（ビデオカメラ）３ａからの画像に基づき、対象物に対するロボット３自身の相対位置を３次元的に認識するとともに、その認識した相対位置に基づき、胴部の片側に設けられた単腕または図示のように胴部の両側に設けられた双腕である腕３ｂを作動させて組立や検査等の作業を行うもので、このような作業ロボットとしては例えば、前記特許文献１に記載の作業ロボットや、本願出願人が市販している作業ロボット（登録商標「ＮＥＸＴＡＧＥ」）を用いることができる。

また、走行台車２内の走行装置は例えば、通常のＡＧＶ（自走式台車）と同様に、床面Ｆ上に張られた案内磁気テープ４による誘導下で、走行台車２内のバッテリーからの給電によりモーターを作動させて車輪を回転させるとともに、磁気センサで案内磁気テープ４の方向を検出して車輪の向きを変えることで、案内磁気テープ４に沿って走行し、案内磁気テープ４の近くの床面Ｆ上に張られた図示しない指示磁気テープを検出して、走行台車２の加速・減速及び停止を行うことができる。

そしてこの実施形態の作業システムでは、案内磁気テープ４は、長円形のループ状をなす作業経路５と、その作業経路５から分岐したバイパス状をなす待機経路６とを有しており、作業経路５の直線状部分の両側には案内磁気テープ４に沿って作業テーブル７が配置され、それらの作業テーブル７上に作業場所としての合計１６箇所の作業ステーションＳ１〜Ｓ１６が設けられている。

各走行ロボット１は、作業ロボット３の前側に自身用の作業テーブル８を有するとともに、作業ロボット３の左右両側にアタッチメント９を有し、このアタッチメント９は、図３（ａ），（ｂ）中右側に示すとともに図４（ｂ）に示すように、受電機器としての２個の磁気吸着型の２端子雄コネクタ１０と、受圧機器としてのセルフシール型の雄カップリング１１とを有している。

また、各作業ステーションＳ１〜Ｓ１６および待機経路６に沿った待機場所は、給電設備および給圧設備としてのスライドボックス１２（待機経路６のものは図示を省略する）を具え、このスライドボックス１２は、図３（ａ），（ｂ）中左側に示すとともに図４（ａ）に示すように、２本のガイドレール１３で進退移動を案内されるとともに図示しないスプリングで後退方向に常時附勢されており、その前面に、給電機器としての２個の磁気吸着型の２端子雌コネクタ１４と、給圧機器としてのセルフシール型の雌カップリング１５とを有し、またその上面に、作業ロボット３がそのハンドで位置決めしつつ把持してその腕で引き寄せることができるように２本の把持棒１６を有し、さらに、それらの把持棒１６の近くに、エアー抜き弁の作動用ボタン１７を有している。

さらに、各作業ステーションＳ１〜Ｓ１６は、パーツフィーダーや電動ドライバー等の組立用機器や、検査用の照明機器、組立や検査の際の部品の位置決め用のスタンド等の図示しない作業用機器を具える他、ステーション番号を表示したステーション番号表示板１８を具え、このステーション番号表示板１８は各々、作業ステーションＳ１〜Ｓ１６毎に異なる相対配置で４つのクロスマーク１９を有している。なお、このステーション番号表示板１８は、走行ロボット１が作業ロボット３を走行台車２上で横向きにして各作業ステーションＳ１〜Ｓ１６に向けた時に作業ロボット３に対し同じ方向（図では斜め右前方）に配置されているので、走行ロボット１は、各作業ステーションＳ１〜Ｓ１６のステーション番号表示板１８を同じ動作で確実に認識することができる。

すなわち、この実施形態の作業システムは以下の構成を具えている。
１）双腕の作業ロボット３は、頭部の２つのカメラ３ａにより撮影した対象物と当該作業ロボット３との間の３次元的な相対位置をカメラ測量の原理により求めるビジョンシステムを持つ。
２）走行台車２上に上体型の作業ロボット３を搭載して走行ロボット１を構成する。
３）作業ステーションＳ１〜Ｓ１６毎、および待機場所に、電源供給用の２端子雌コネクタ１４とエアー圧供給用の雌カップリング１５とをワンタッチで装着および離脱できるスライドボックス１２を持つ。また走行ロボット１毎に、電源受け取り用の２端子雄コネクタ１０とエアー圧受け取り用の雄カップリング１１とをワンタッチで装着および離脱できるアタッチメント９を持つ。
４）アタッチメント９に対するスライドボックス１２の着脱による、走行台車２への電源やエアー圧の供給の接続・切断は、あらかじめ制御装置にプログラムを与えられた作業ロボット３がその腕３ｂの作動により実行する。
なお、アタッチメント９に対するスライドボックス１２の離脱に先立って作業ロボット３は、その腕３ｂの作動によりエアー抜き弁の作動用ボタン１７を押してエアー圧供給回路内の残圧を抜き、その後にその腕３ｂの作動によりスライドボックス１２を押して、エアー圧供給用の雌カップリング１５の分離用リングを後退させて雌カップリング１５を雄カップリング１１から離脱させるとともに、電源供給用の２端子雌コネクタ１４を電源受け取り用の２端子雄コネクタ１０から、磁石を引き離して離脱させる。
５）走行台車２にバッテリーを搭載し、作業ステーションＳ１〜Ｓ１６毎のスライドボックス１２から走行台車２に電源やエアー圧を供給されない時、走行台車２内のバッテリーで走行台車２は案内磁気テープ４に沿って走行でき、作業ロボット３は動作することができる。
６）走行台車２上に、作業ロボット３が作業を行う作業テーブル８を設ける。

７）走行台車２の次の作業ステーションへの移動時、安全のため、走行台車２と作業ロボット３とが同時動作を行わないようにするため、作業ロボット３の腕３ｂの先のハンド（双腕の場合は両ハンド）で走行台車２上の図示しないインターロック用押し釦を押して作業ロボット３をインターロック状態とし、作業ロボット３がこのインターロック状態のときのみ走行台車２を走行移動可能として安全を確保する。なお、このインターロック状態は作業ステーションへの到着により解除される。
８）生産ラインの走行経路５がループ状の周回軌道の時、生産ラインに複数台の走行ロボット１を同時に投入する。
９）走行台車２は、通常のＡＧＶと同様に磁気テープ４により誘導され、経路の分岐、加速・減速および停止の動作を行う。
１０）作業位置の指示
ａ）通常は、作業順序に沿った順番に作業ステーションＳ１〜Ｓ１６が設けられ、そのステーションＳ１〜Ｓ１６の順に作業を行う。
ｂ）作業順序を変更する場合は、作業ステーションＳ１〜Ｓ１６のそれぞれで、次の作業ステーションを複数のＬＥＤの点灯状態で指示する信号板（誘導板）やステーション番号表示板１８（クロスマーク１９の貼付け位置の相違により次の作業ステーションを走行ロボット１に指示する）により行う。
ｃ）または、例えばそれぞれ２個ずつある電源供給用の２端子雌コネクタ１４および電源受け取り用の２端子雄コネクタ１０のうちの１個ずつを情報伝達用の通信端末に代えることで、作業ステーションもしくは待機位置で、電源やエアー圧の供給回路等とともに作業ステーションまたは待機位置と走行ロボット１との信号線を接続して、電気信号により次の作業ステーションを指示する。
１１）待機場所
走行ロボット１を作業経路５に入れていない時および多数台の走行ロボット１を投入可能なラインで、全台数を投入していない時の、作業していない走行ロボット１を待機させる、待機経路６上の待機場所を設ける。

上述した構成により、この実施形態の作業システムは以下の作用・効果を奏する。
１）作業ロボット３を走行台車２に搭載した走行ロボット１で、多数の作業場所を移動して作業を行う時、走行台車２が電源としてバッテリーを持ち、バッテリー電源で、自由に走行ロボット１が移動できるので、多数の作業場所が離れている場合や移動経路が複雑な場合でも自由に作業場所間を移動することができる。
２）作業場所及び待機場所には、電源やエアー圧等の供給回路をワンタッチで接続・切断できるスライドボックス１２を備え、走行ロボット１の走行台車２が、作業ステーションおよび待機場所での作業時又は待機時に、走行ロボット１自身が走行台車２のバッテリーを電源として動作し、スライドボックス１２を引き寄せてアタッチメント９に接続する。
３）作業ステーションでは、スライドボックス１２とアタッチメント９との接続により、電源およびエアー圧を供給し、必要に応じて信号接続をすることで、走行ロボット１はバッテリー電源駆動から、作業ステーションからの外部電源駆動による動作に切り替えて作業ステーションでの作業を行う。なお、作業ステーションおよび待機場所で接続された外部電源は、走行台車２内のバッテリーの充電にも用いられる。
４）走行ロボット１の作業ロボット３と作業対象物との間の高い位置決め精度が必要な作業では、作業ロボット３が作業対象物を把持して作業ステーションから走行台車２上の作業テーブル８に移動させ、作業ロボット３と相対的に同じ座標上で作業対象物を位置決めして作業を行うため、精密部品の組付け等の、高い位置決め精度を求められる作業を行うことができる。

５）現在の作業ステーションから次の作業ステーションへの移動指示情報は、信号板（誘導板）やステーション番号表示板１８（クロスマーク１９の貼付け位置の相違により次の作業ステーションを走行ロボット１に指示する）の指示を走行ロボット１がそのビジョンシステムにより読みとり、次の移動場所の情報を得る。なお、ビジョンシステムを持たない場合は、作業ステーションで、電源回路やエアー圧回路等のユーテリティとともに接続された信号線によって次の作業ステーションの情報を得てもよい。
６）次の作業ステーションへの移動の前に、走行台車２に搭載された作業ロボット３が、作業ステーションから走行ロボット１に供給されているユーテリティの接続を切り、電源を作業ステーションの外部電源から、走行台車２のバッテリー駆動に切換える。
７）現在の作業ステーションから次の作業ステーションへの移動は、５）で得た次の作業ステーションの情報に基づき走行台車２内の制御装置が走行台車２内の走行装置の作動を制御して行う。
走行ロボット１の作業ロボット３は、走行台車２が移動を開始する前に、その作業ロボット３の腕３ｂの先のハンド（双腕の場合は両ハンド）を、作業テーブル８上に設置してある図示しないインターロック用押し釦を押した状態として、作業ロボット３がこのインターロック状態のときのみ走行台車２を動作可能とし、走行台車２と作業ロボット３とが同時動作を行わないようにして安全を確保してから、走行ロボット１の走行台車２が次の作業ステーションへの移動を開始する。
走行台車２は通常の走行台車と同じ方法で移動するため、詳細な説明は省略する。

８）次の作業ステーションに到達して走行台車２が停止した際、走行ロボット１と作業ステーションとの間の、走行台車２の停止位置の位置決め精度が、走行台車２上の作業ロボット３の作業領域を外れた時は、走行台車２内の制御装置での制御による走行台車２の微小な前進・後進により位置修正を行う。
また、走行ロボット１の作業ロボット３のビジョンシステムによる信号板（誘導板）やステーション番号表示板１８の撮像により作業ステーションと作業ロボット３との間の位置決め誤差を確認し、作業ロボット３自身による対象物の位置のデータ修正で作業を実行可能な場合は、その停止位置で、その作業ステーションでの作業を実行する。作業の実行ができない場合は作業ロボット３が、停止位置の不良を修正する方向に移動するよう走行台車２の制御装置に微小位置修正信号を出し、停止位置のズレを修正して停止する。
以後、３）に戻り、次の作業ステーションへ移動して順次作業を行い、作業を終了すると、最初の作業ステーションに戻り、作業終了の指令があるまで所定の作業を続行する。

以上、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明したが、これは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した実施形態を様々に変形し、変更したものが含まれる。例えば、上記実施形態では走行ロボットはループ状の作業経路やバイパス状の待機経路を走行移動するが、移動経路はこれに限られず、必要に応じて直線的な作業経路や待機経路を走行移動してもよい。また、スライドボックス１２は、少なくとも１つの作業ステーションで給電系と給圧系とを両方有していれば、他の作業ステーションでは必要に応じて給電系と給圧系との何れか一方だけを有していてもよく、給圧系は油圧を供給するものでもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は単独で、あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組み合わせに限定させるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するが、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

かくして本発明の作業システムによれば、走行台車に電源線やエアー圧配管等の給圧配管を常に接続しておく必要がないので、１もしくは複数の走行ロボットで多種多様な作業を、複雑な経路を経る移動を伴って、多数の離れた作業場所で行うことができる。

１走行ロボット
２走行台車
３作業ロボット
３ａカメラ
３ｂ腕
４案内磁気テープ
５作業経路
６待機経路
７作業テーブル
８作業テーブル
９アタッチメント
１０雄コネクタ
１１雄カップリング
１２スライドボックス
１３ガイドレール
１４雌コネクタ
１５雌カップリング
１６把持棒
１７作動用ボタン
１８ステーション番号表示板
１９クロスマーク
Ｆ床面
Ｓ１〜Ｓ１６作業ステーション

Claims

走行台車上に単腕もしくは双腕の作業ロボットを搭載して走行移動する１または複数の走行ロボットを所定経路に沿って作業場所間で移動させて複数の作業場所で作業を行う作業システムにおいて、
走行ロボットに受電機器および受圧機器を設けるとともに、
複数の作業場所の少なくとも１つに走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットの腕の作動によってその走行ロボットの受電機器および受圧機器に、対応する給電機器および給圧機器を着脱する給電設備および給圧設備を設け、
走行ロボットに、作業場所間の移動中の給電を行うとともに作業場所での移動停止中に給電機器から受電機器を介して充電されるバッテリーを搭載し、
走行ロボットの走行台車上に作業台を設けたことを特徴とする作業システム。
走行台車上に搭載された作業ロボットがカメラを有し、
各作業場所にその作業ロボットのカメラで撮影可能な作業場所識別表示を設け、
走行ロボットが、その走行台車上の作業ロボットのカメラからの作業場所識別表示の画像に基づき現在位置している作業場所を識別するとともに作業場所に対して当該走行ロボットを位置決めするようにしたことを特徴とする、請求項１記載の作業システム。
走行ロボットが移動する所定経路が、作業場所に隣接する作業経路とそこから分岐した待機経路とを有することを特徴とする、請求項１または２記載の作業システム。
走行ロボットに設ける受電機器が通信端末も有し、
複数の作業場所の少なくとも１つに設ける給電設備の給電機器が走行ロボットの走行台車上に搭載された作業ロボットの腕の作動によってその走行ロボットの通信端末に対し着脱される通信端末を有していることを特徴とする、請求項１から３までの何れか１項記載の作業システム。