JP6567819B2

JP6567819B2 - 自動生産システム

Info

Publication number: JP6567819B2
Application number: JP2014248599A
Authority: JP
Inventors: 村伸二北; 内亮谷; 村暢啓出
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: US20170341099A1; EP3231562A1; EP3231562A4; CN107107335A; EP3231562B1; KR102115646B1; US10092923B2; WO2016093097A1; CN107107335B; JP2016107380A; KR20170093909A

Description

本発明は、塗装用ロボットなどの多関節ロボットを備えた自動生産システムに関する。

近年、従来は作業員が行っていた各種の作業をロボットに代替させて、生産プロセスを自動化する自動生産システムが幅広く実用化されている。そのような自動生産システムの一つとして、自動車のボディ等のワークに塗装を施すための塗装用自動生産システムがあげられる。

塗装用自動生産システムにおいては、塗装ブースの内部に塗装用ロボットを配置し、塗装ブース内に搬入された自動車のボディに対して、塗装用ロボットのアーム先端に装着した塗装ガンから塗液を噴霧する。塗装用自動生産システムには、自動車のボディを塗装ブースの内部でコンベアにより移動させるものや、或いは、塗装用ロボット自体を、塗装ブースの内部でレールに沿って走行させるものがある。

特開平５−３１７７６２号公報

しかしながら、従来の塗装用自動生産システムにおいては、ワークの塗装対象部の位置やその周囲の形状などによっては、塗装用ロボットのアームがワークに干渉してしまい、塗装ガンを所望の位置・姿勢に配置することが難しい場合があった。この問題は、塗装以外の作業を行うための自動生産システムの多関節ロボットにおいても、同様に起こり得る。

また、上下方向に大きな寸法を有するワークに対して塗装等の作業を行うためには、上下方向におけるアームの到達可能範囲を拡大する必要がある。しかしながら、走行レールに沿ってロボットを走行させる従来の自動生産システムでは、水平方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することはできるが、上下方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することはできない。

また、塗装ロボットに塗液を供給するためのケーブルは、一般に、所定の防爆規格を満たすために金属製の保護部材等で強化されているため、比較的大径で且つ大重量である。そして、複数のケーブルからなるハーネスによって塗装ロボットに塗液を供給するので、大重量で且つ嵩張るハーネスの設置が難しいという問題がある。

なお、塗装以外の用途に使用するロボットにおいても、アーム先端に装着したエンドエフェクタに対して、ハーネスを介して連続的に処理液などを供給する必要がある場合には、上述したハーネス設置の困難性の問題が生じ得る。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ワークとアームとの干渉を回避してロボットによる作業の自由度（フレキシビリティー）を拡大することができる自動生産システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、上下方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することができる自動生産システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、ロボットに接続されるハーネスを支障なく設置することができる自動生産システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による自動生産システムは、アームおよび前記アームを旋回可能に支持する基部を有する多関節ロボットと、前記多関節ロボットの前記基部が装着された回転ポジショナと、を備え、前記多関節ロボットの前記基部の旋回軸線は、前記回転ポジショナの回転軸線に直交している、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様による自動生産システムは、第１の態様において、前記回転ポジショナの前記回転軸線は、水平方向に配向されており、前記回転ポジショナは、前記回転軸線周りに前記多関節ロボットの前記基部を回転させて、前記多関節ロボットの前記基部の前記旋回軸線の向きを上下逆転させることができる、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様による自動生産システムは、第１または第２の態様において、前記回転ポジショナは、前記多関節ロボットの前記基部が装着された回転部と、前記回転部を回転可能に支持する固定部と、を有し、前記回転ポジショナの前記固定部は、前記多関節ロボットに接続されたハーネスを支持できるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様による自動生産システムは、第３の態様において、前記ハーネスは、前記回転ポジショナの前記回転部と一体に回転するハーネス固定部材に固定されており、前記回転ポジショナの前記固定部は、前記回転ポジショナの前記回転部の回転に伴って移動する前記ハーネスを支持するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様による自動生産システムは、第３または第４の態様において、前記ハーネスは、前記回転ポジショナの前記固定部の周囲において、前記回転ポジショナの前記回転軸線に対して実質的に直交する方向に配置されている、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様による自動生産システムは、第１乃至第５のいずれかの態様において、移動部を有する走行手段をさらに有し、前記回転ポジショナは、前記走行手段の前記移動部に装着されており、前記回転ポジショナの前記回転軸線は、前記移動部の走行方向に直交する方向に配向されている、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様による自動生産システムは、第６の態様において、前記ハーネスを吊下げ支持するためのハーネス吊下部材が、前記走行手段の前記移動部に設けられており、前記回転ポジショナの回転動作に伴って弛んだ前記ハーネスが、前記ハーネス吊下部材と前記回転ポジショナとの間に垂れ下がる、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様による自動生産システムは、第７の態様において、前記多関節ロボットによる作業領域を内部に有する作業建屋をさらに有し、前記走行手段は、前記移動部の走行方向が前記作業建屋の側壁に対して実質的に平行となるように、前記側壁に隣接して設置されており、前記ハーネスの、前記ハーネス吊下部材から前記回転ポジショナまで延在する部分が、前記走行手段および前記回転ポジショナの設置空間の幅領域内に実質的に収まっている、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様による自動生産システムは、第１乃至第８のいずれかの態様において、前記多関節ロボットは、６軸多関節ロボットである、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様による自動生産システムは、第１乃至第９のいずれかの態様において、前記多関節ロボットは、塗装用ロボットである、ことを特徴とする。

本発明によれば、多関節ロボットを備えた自動生産システムにおいて、ワークとアームとの干渉を回避してロボットによる作業の自由度（フレキシビリティー）を拡大することができる。

また、本発明によれば、多関節ロボットを備えた自動生産システムにおいて、上下方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することができる。

また、本発明によれば、多関節ロボットを備えた自動生産システムにおいて、ロボットに接続されるハーネスを支障なく設置することができる。

本発明の一実施形態による自動生産システムの概略構成を示した斜視図。図１に示した自動生産システムの主要部を拡大して示した斜視図。図１に示した自動生産システムのIII-III矢視図。図３に示した自動生産システムのIV-IV矢視図。図１に示した自動生産システムにおけるロボットの上下配置を説明するための図。図１に示した自動生産システムにおける、回転ポジショナの回転軸線ＪＴ７周りのロボットの回転動作を説明するための図であり、（ａ）はＪＴ７の回転角度が＋１０°の場合を示し、（ｂ）はＪＴ７の回転角度が−１８０°の場合を示し、（ｃ）はＪＴ７の回転角度が−１９０°の場合を示す。図１に示した自動生産システムが設置される塗装ブース内の状況を説明するための模式的な縦断面図。図１に示した自動生産システムが設置される塗装ブース内の状況を説明するための模式的な横断面図。

以下、本発明による自動生産システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、本実施形態による自動生産システムは、自動車のボディなどの塗装に用いるものである。但し、本発明による自動生産システムは、塗装用に限られるものではなく、塗装以外にも、ワークの組み立てや加工など、様々な作業に適応可能である。

図１乃至図４に示したように、本実施形態による塗装用の自動生産システム１は、走行手段２を備えており、この走行手段２は、レール３に沿って走行可能な移動部４を有する。走行手段２のレール３は、水平方向に延在しており、複数の柱部材５によって床面から所定の高さ位置で支持されている。レール３の高さ位置は、例えば、塗装対象であるワークの上下寸法の中央位置付近に設定される。

走行手段２の移動部４には、回転ポジショナ６が装着されている。回転ポジショナ６の回転軸線ＪＴ７は、第１の水平方向Ｄ１に延在しており、この第１の水平方向Ｄ１は、走行手段２の移動部４の走行方向である第２の水平方向Ｄ２に直交している。

回転ポジショナ６は、走行手段２の移動部４に固定された固定部７と、この固定部７によって回転軸線ＪＴ７周りに回転可能に支持された回転部８と、を有する。回転ポジショナ６の回転部８には、多関節ロボット９の基部１０が装着されている。多関節ロボット９は、基部１０によって旋回軸線ＪＴ１周りに旋回可能に支持されたアーム１１を備えている。アーム１１は、５つの関節の軸線ＪＴ２〜ＪＴ６を有しており、多関節ロボット９は、旋回軸線ＪＴ１を含む６軸ＪＴ１〜ＪＴ６を有する。アーム１１の先端には、エンドエフェクタとしての塗装用ガン（図示せず）が装着されており、自動車のボディなどのワークに向けて塗装用ガンから塗液が噴射される。

本実施形態による自動生産システム１においては、多関節ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１が、回転ポジショナ６の回転軸線ＪＴ７に直交している。

また、回転ポジショナ６は、多関節ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１が、上述の第２の水平方向（レールの延在方向）Ｄ２を超えて回転するように、多関節ロボット９を回転させることができる。すなわち、図５に示したように、回転ポジショナ６を駆動することにより、回転ポジショナ６の回転軸線ＪＴ７周りに多関節ロボット９を回転させて、多関節ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１の向きを上下逆転させることができる。

本実施形態による自動生産システム１は、制御手段（図示せず）を備えており、この制御手段によって、走行手段２、回転ポジショナ６、および多関節ロボット９が協調制御される。好ましくは、制御手段は、ロボットコントローラから成り、走行手段２および回転ポジショナ６は、ロボット９の外部軸として制御手段により制御される。

図２に最も良く示されているように、走行手段２の移動部４にはハーネス吊下部材１２が設けられており、ロボット９に塗液を供給するための複数のケーブルから成るハーネス１３が、ハーネス吊下部材１２によって吊り下げ支持されている。ハーネス１３は、回転ポジショナ６の固定部７の周囲において、回転ポジショナ６の回転軸線ＪＴ７に対して実質的に直交する方向に配置されている。

ハーネス１３を構成する複数のケーブルの各先端部は、ロボット９の基部１０に形成された各ポート１４（図４）に接続されている。回転ポジショナ６の回転部８には、回転部８と一体に回転するハーネス固定部材１５が設けられており、このハーネス固定部材１５にハーネス１３が固定されている。

回転ポジショナ６の固定部７は、ロボット９の基部１０に接続されたハーネス１３を支持できるように構成されている。より具体的には、回転ポジショナ６の固定部７は、回転ポジショナ６の回転部８の回転に伴って移動するハーネス１３を支持するように構成されている。

図６は、回転ポジショナ６の回転軸線ＪＴ７周りにロボット９を回転させたときの変化状態を示している。図６（ａ）は、回転ポジショナ６の回転角度が＋１０°の状態を示している。

ここで、回転ポジショナ６の回転角度とは、回転軸線ＪＴ７周りの回転部８の回転角度である。この回転角度は、ロボット９が下向きの状態において、ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１が垂直方向を向いた状態を０°としており、図６において反時計回りをプラス、時計回りをマイナスとしている。

図６（ａ）に示した状態においては、回転ポジショナ６の反時計回りの回転動作に伴って、ハーネス固定部材１５に固定されたハーネス１３が引き込まれている。引き込まれたハーネス１３は、回転ポジショナ６の固定部７の側周面によって支持されている。

図６（ａ）に示した状態から、回転ポジショナ６の回転部８を時計周りに回転させ、ロボット９を上向きの状態にすると、ハーネス１３の引き込み状態が解除されて、図６（ｂ）、（ｃ）に示したように、ハーネス１３が弛んだ状態になる。回転ポジショナ６の回転動作に伴って弛んだハーネス１３は、ハーネス吊下部材１２と回転ポジショナ６との間に垂れ下がる。

図７および図８は、本実施形態による自動生産システム１が設置される塗装ブース（作業建屋）１６内の状況を説明するための図である。塗装ブース１６の中央部分が作業領域１７を形成しており、この作業領域１７の内部でワークの塗装作業が行われる。

本実施形態による自動生産システム１の走行手段２は、移動部４の走行方向が塗装ブース１６の側壁１８に対して実質的に平行となるように、側壁１８に隣接した設置空間１９内に設置されている。すなわち、走行手段２および回転ポジショナ６は、設置空間１９の幅領域内に収まっている。また、ハーネス１３の、ハーネス吊下部材１２から回転ポジショナ６まで延在する部分も、走行手段２および回転ポジショナ６の設置空間１９の幅領域内に収まっている。

なお、上述した実施形態においては、作業用のロボットとして６軸多関節ロボット９を用いているが、本発明による自動生産システムにおいて使用できるロボットは、６軸多関節ロボットに限られるものではなく、基部に旋回軸線を有する各種の多関節ロボットを使用することができる。

以上述べたように、本実施形態による自動生産システム１においては、回転ポジショナ６によって多関節ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１の向きを制御することができるので、ロボット９のアーム１１を駆動して塗装用ガン（エンドエフェクタ）を所望の位置・姿勢に移動させる際に、塗装対象のワークとの干渉を避けるためのアーム１１の位置・姿勢の自由度を高めることができる。

また、本実施形態による自動生産システム１においては、回転ポジショナ６によって多関節ロボット９の基部１０の旋回軸線ＪＴ１の向きを上下逆転させることができるので、上下方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することができる。これにより、上下方向に大きな寸法を有するワークに対して、塗装作業を支障なく行うことができる。

また、本実施形態による自動生産システム１においては、走行手段２によって、回転ポジショナ６と一体に多関節ロボット９を水平方向に移動させることができるので、水平方向におけるアーム到達可能範囲を拡大することができる。

また、本実施形態による自動生産システム１においては、多関節ロボット９に接続されたハーネス１３を、回転ポジショナ６の固定部７で支持することができるので、塗装用のハーネス１３のような大重量で且つ嵩張るハーネス１３を支障なく設置することができる。

特に、回転ポジショナ６の回転部８の移動に伴って移動するハーネス１３を、回転ポジショナ６の固定部７で支持することができるので、移動するハーネス１３が周囲構造物と干渉することを防止し、また、回転ポジショナ６に対するハーネス重量による負荷を軽減することができる。

また、回転ポジショナ６の回転動作に伴って弛んだハーネス１３が、ハーネス吊下部材１２と回転ポジショナ６との間に垂れ下がるように構成されているので、移動するハーネス１３をコンパクトな空間内に収めることができる。

また、本実施形態による自動生産システム１においては、ハーネス１３の、ハーネス吊下部材１２から回転ポジショナ６まで延在する部分が、走行手段２および回転ポジショナ６の設置空間１９の幅領域内に収まっているので、塗装ブース１６内部の限られた設置空間１９にシステム全体を支障なく設置することができる。

１自動生産システム
２走行手段
３走行手段のレール
４走行手段の移動部
５柱部材
６回転ポジショナ
７回転ポジショナの固定部
８回転ポジショナの回転部
９多関節ロボット
１０多関節ロボットの基部
１１多関節ロボットのアーム
１２ハーネス吊下部材
１３ハーネス
１４ポート
１５ハーネス固定部材
１６塗装ブース
１７作業領域
１８塗装ブースの側壁
１９自動生産システムの設置空間

Claims

自動生産システムにおいて、
アームおよび前記アームを旋回可能に支持する基部を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットの前記基部が装着された回転ポジショナと、を備え、
前記多関節ロボットの前記基部の旋回軸線は、前記回転ポジショナの回転軸線に直交しており、
前記回転ポジショナは、前記多関節ロボットの前記基部が装着された回転部と、前記回転部を回転可能に支持する固定部と、を有し、
前記回転ポジショナの前記固定部は、前記多関節ロボットに接続されたハーネスを支持できるように構成されており、
前記自動生産システムは、移動部を有する走行手段をさらに有し、
前記回転ポジショナは、前記走行手段の前記移動部に装着されており、
前記回転ポジショナの前記回転軸線は、前記移動部の走行方向に直交する方向に配向されており、
前記ハーネスを吊下げ支持するためのハーネス吊下部材が、前記走行手段の前記移動部に設けられており、
前記回転ポジショナの回転動作に伴って弛んだ前記ハーネスが、前記ハーネス吊下部材と前記回転ポジショナとの間に垂れ下がるように構成されている、自動生産システム。
前記回転ポジショナの前記回転軸線は、水平方向に配向されており、
前記回転ポジショナは、前記回転軸線周りに前記多関節ロボットの前記基部を回転させて、前記多関節ロボットの前記基部の前記旋回軸線の向きを上下逆転させることができる、請求項１記載の自動生産システム。
前記ハーネスは、前記回転ポジショナの前記回転部と一体に回転するハーネス固定部材に固定されており、
前記回転ポジショナの前記固定部は、前記回転ポジショナの前記回転部の回転に伴って移動する前記ハーネスを支持するように構成されている、請求項１または２に記載の自動生産システム。
前記ハーネスは、前記回転ポジショナの前記固定部の周囲において、前記回転ポジショナの前記回転軸線に対して実質的に直交する方向に配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動生産システム。
前記多関節ロボットによる作業領域を内部に有する作業建屋をさらに有し、
前記走行手段は、前記移動部の走行方向が前記作業建屋の側壁に対して実質的に平行となるように、前記側壁に隣接して設置されており、
前記ハーネスの、前記ハーネス吊下部材から前記回転ポジショナまで延在する部分が、前記走行手段および前記回転ポジショナの設置空間の幅領域内に実質的に収まっている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動生産システム。
前記多関節ロボットは、６軸多関節ロボットである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自動生産システム。
前記多関節ロボットは、塗装用ロボットである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の自動生産システム。