JP7033026B2

JP7033026B2 - 姿勢変換装置および作業装置

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Publication number: JP7033026B2
Application number: JP2018131754A
Authority: JP
Inventors: 一明森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2022-03-09
Anticipated expiration: 2038-07-11
Also published as: JP2020007131A

Description

本明細書は、姿勢変換装置および作業装置について開示する。

従来、この種の姿勢変換装置としては、回転軸を挟んで対称に配置された第１のホルダー（第１ステージ）および第２のホルダー（第２ステージ）と、第１のホルダーを回転軸の周りに回転する第１の駆動ユニットと、第１の駆動ユニットと同期しておよび独立して第２のホルダーを回転軸の周りに回転する第２の駆動ユニットと、を含む反転ユニットを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。第１のホルダーおよび第２のホルダーは、回転軸に沿って一列に並び、それぞれ部品を保持する複数の凹部を含む。列状に並んだ複数の凹部の数は、トレーの幅方向に部品が並ぶ数と同じまたは多くなっている。反転ユニットは、トレーの幅方向に並んだ部品を一括して反転処理することができる。

特開２０１４－１２９１６７号公報

しかしながら、上述した反転ユニットは、部品を１８０度反転させることはできるものの、部品を垂直に姿勢変換させることはできない。

本開示は、簡易な構成により部品を垂直に姿勢変換可能な姿勢変換装置を提供することを主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示は、
部品の姿勢を変換する姿勢変換装置であって、
複数の部品が載置される載置面をそれぞれ有し、回転軸を挟んで両側に配置された第１ステージおよび第２ステージと、
前記第１ステージを前記回転軸の周りに回転させる第１回転装置と、
前記第２ステージを前記回転軸の周りに回転させる第２回転装置と、
前記第１ステージ上に載置された部品の姿勢変換が要求されると、前記第２ステージが前記第１ステージに対して垂直になるまで該第２ステージが該第１ステージに向かって第１方向に回転するように前記第２回転装置を制御し、前記第１ステージと前記第２ステージとが垂直になった状態を保持しながら該第２ステージが水平になるまで前記第１ステージと前記第２ステージとが前記第１方向とは逆の第２方向に回転するように前記第１回転装置と前記第２回転装置とを制御し、前記第１ステージが水平になるまで該第１ステージが前記第１方向に回転するように前記第１回転装置を制御する制御装置と、
を備えることを要旨とする。

この本開示の姿勢変換装置は、回転軸を挟んで両側に配置された第１ステージおよび第２ステージと、第１ステージを回転させる第１回転装置と、第２ステージを回転させる第２回転装置と、制御装置とを備える。制御装置は、第１ステージ上に載置された部品の姿勢変換が要求されると、第２ステージが第１ステージに対して垂直になるように第２ステージを第１ステージに向かって第１方向に回転させる。次に、制御装置は、第１ステージと第２ステージとが垂直になった状態を保持しながら第２ステージが水平になるように第１ステージと第２ステージとを第１方向とは逆の第２方向に回転させる。そして、制御装置は、第１ステージが水平になるように第１方向に回転させる。これにより、第１ステージ上に載置された部品は、垂直に姿勢変換されて第２ステージ上に載置されることになる。したがって、姿勢変換装置は、簡易な構成により部品を垂直に姿勢変換することができる。ここで、「水平」は完全な水平に限られず、概ね水平であればよい。また、「垂直」も完全な垂直に限られず、概ね垂直であればよい。

作業装置１の概略構成図である。作業ロボット２０の概略構成図である。姿勢変換装置１０の外観斜視図である。姿勢変換装置１０の外観斜視図である。姿勢変換装置１０の外観斜視図である。制御装置５０の電気的な接続関係を示す説明図である。制御装置５０により実行される姿勢変換処理の一例を示すフローチャートである。部品の姿勢変換の様子を示す説明図である。部品の姿勢変換の様子を示す説明図である。部品の姿勢変換の様子を示す説明図である。部品の姿勢変換の様子を示す説明図である。

次に、本開示の発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、作業装置１の概略構成図である。図２は、作業ロボット２０の概略構成図である。図３～図５は、姿勢変換装置１０の外観斜視図である。図６は、制御装置５０の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、図中、上下方向は、鉛直方向と平行な方向であり、前後方向および左右方向は、互いに直交し、かつ、鉛直方向と直交する水平方向と平行な方向である。

作業装置１は、ワークに対して行なう作業として、部品Ｐをピックアップして基板Ｓ上に装着するものである。作業装置１は、図１に示すように、台座２と、基板搬送装置３と、部品供給装置５と、姿勢変換装置１０と、作業ロボット２０と、システム全体を制御する制御装置５０（図６参照）とを備える。

基板搬送装置３は、ベルトコンベア装置であり、台座２のＹ方向における中央部にＸ方向に延在するように設置される。部品供給装置５は、作業ロボット２０がピックアップ可能に部品を載置するステージや多数の部品を収容すると共に収容した部品をステージ上へ送り出すホッパなどを備える。

姿勢変換装置１０は、直方体状の部品の姿勢を９０度変換するものであり、本実施形態では、部品供給装置５に隣接して設置される。この姿勢変換装置１０は、図３～図５に示すように、２つのステージ（第１ステージ１１および第２ステージ１２）と、対応するステージをそれぞれ９０度回転させる２つの回転装置（第１回転装置１３および第２回転装置１４）と、２つのステージと２つの回転装置とを支持する支持台１５とを備える。

第１ステージ１１は、扁平な直方体状の部材であり、一方の長辺部１１ｓに設けられた回転軸ＡＸ１により回転可能に支持されている。

第２ステージ１２は、第１ステージ１１と同一形状の部材であり、第１ステージ１１の長辺部１１ｓと向かい合う長辺部１２ｓに設けられた回転軸ＡＸ２により回転可能に支持されている。第１ステージ１１の長辺部１１ｓと第２ステージ１２の長辺部１２ｓとは、回転軸ＡＸ１と回転軸ＡＸ２とが同軸上に配置されるように、段差をもって係合されている。

第１回転装置１３は、図６に示すように、第１ロータリシリンダ１３ａと、第１ロータリシリンダ１３ａに対してエア圧を給排する電磁弁１３ｂとを有する。第１ロータリシリンダ１３ａは、本実施形態では、ラックピニオン式のロータリシリンダとして構成されており、ストッパにより９０度の範囲内で第１ステージ１１を回転可能である。

第２回転装置１４は、図６に示すように、第２ロータリシリンダ１４ａと、第２ロータリシリンダ１４ａに対してエア圧を給排する電磁弁１４ｂとを有する。第２ロータリシリンダ１４ａは、本実施形態では、ラックピニオン式のロータリシリンダとして構成されており、ストッパにより９０度の範囲内で第２ステージ１２を回転可能である。

第１ステージ１１および第２ステージ１２は、第１回転装置１３および第２回転装置１４により、両者の開き角が９０度～１８０度の範囲内で開閉できるようになっている。すなわち、姿勢変換装置１０は、第１ステージ１１および第２ステージ１２をいずれも水平姿勢とした状態（図３参照）と、第１ステージ１１を水平姿勢とすると共に第２ステージ１２が垂直姿勢とした状態（図４参照）と、第１ステージ１１を垂直姿勢とすると共に第２ステージ１２を水平姿勢とした状態（図５参照）とに変化可能である。

作業ロボット２０は、部品供給装置５により供給された部品をピックアップして基板Ｓ上に装着したり、部品供給装置５により供給された部品をピックアップして姿勢変換装置１０に仮置きし、姿勢変換装置１０にて部品の姿勢を９０度変換させてから当該部品を再度ピックアップして基板Ｓ上に装着したりするものである。作業ロボット２０は、図２に示すように、本実施形態では、５軸の垂直多関節型のロボットである。この作業ロボット１０は、台座２に対して基板搬送装置３を挟んで部品供給装置５や姿勢変換装置１０とは反対側に設置される。作業ロボット２０は、直列に連結される複数のアーム（先端アーム２１，中間アーム２２，２３，基端アーム２４）と、基台２５と、複数の関節３１～３５と、各関節３１～３５を駆動するモータ３１ａ～３５ａ（図６参照）と、各関節３１～３５の回転角度を検出するエンコーダ３１ｂ～３５ｂ（図６参照）とを備える。基端アーム２４は、関節３５を介して基台２５に水平旋回可能に取り付けられている。先端アーム２１と中間アーム２２，２３と基端アーム２４とは、それぞれ対応する関節３２～３４を介して垂直旋回可能に連結されている。先端アーム２１は、長手方向先端部に長手方向に沿った軸回りに回転可能な関節（手首とも称する）３１を有する。先端アーム２１の手首３１には、エンドエフェクタ装置としての保持部材４０が取り付けられている。保持部材４０としては、吸着ノズルやメカニカルチャック、電磁チャックなどを採用することができる。また、先端アーム２１には、装着対象の部品を撮像するためのカメラ３６も取り付けられている。

制御装置５０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやワークメモリとしてのＲＡＭ、入出力ポートなどを備える。図６に示すように、制御装置５０には、エンコーダ３１ｂ～３５ｂからの検知信号やカメラ３６からの撮像信号などが入力ポートを介して入力されている。また、制御装置５０からは、基板搬送装置３や部品供給装置５、姿勢変換装置１０（電磁弁１３ｂ，１４ｂ）、作業ロボット２０（モータ３１ａ～３５ａ，カメラ３６）などへの制御信号が出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された作業装置１の動作について説明する。特に、部品供給装置５により供給された部品Ｐを姿勢変換装置１０にて姿勢変換する際の動作について説明する。図７は、制御装置５０により実行される姿勢変換処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、姿勢変換を伴う部品Ｐの装着が指示されたときに実行される。以下、図７の姿勢変換処理を、図８～図１１を参照しながら説明する。

姿勢変換処理が実行されると、制御装置５０は、まず、部品供給装置５により供給された部品Ｐがピックアップされるように作業ロボット２０のモータ３１ａ～３５ａを制御する（ステップＳ１００）。この処理は、部品供給装置５のステージ上にある部品Ｐをカメラ３６で撮像し、得られた画像に基づいて部品Ｐの位置および姿勢を認識して目標位置を設定し、目標位置で部品Ｐがピックアップされるようにモータ３１ａ～３５ａおよび保持部材４０を制御することにより行なう。続いて、制御装置５０は、ピックアップした部品Ｐが姿勢変換装置１０の第１ステージ１１上に載置されるようモータ３１ａ～３５ａを制御する（ステップＳ１１０）。この処理は、図８に示すように、部品Ｐの一辺（長辺）が第１ステージ１１の回転軸ＡＸ１に沿うと共に対向する一辺（長辺）が第２ステージ１２とは反対側となる位置で当該部品Ｐが整列するようにモータ３１ａ～３５ａおよび保持部材４０を制御することにより行なう。そして、制御装置５０は、第１ステージ１１上に載置した部品Ｐが所定数に達したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。制御装置５０は、第1ステージ１１上に載置した部品Ｐが所定数に達していないと判定すると、次の部品Ｐをピックアップして第1ステージ１１上に整列させるステップＳ１００，Ｓ１１０の処理を繰り返す。

制御装置５０は、第１ステージ１１上に載置した部品Ｐが所定数に達したと判定すると、図９に示すように、第２ステージ１２が垂直姿勢となるまで第２ステージ１２が９０度正転（図中、反時計回りに回転）するように第２回転装置１４（電磁弁１４ｂ）を制御する（ステップＳ１３０）。次に、制御装置５０は、図１０に示すように、第１ステージ１１が垂直姿勢となると共に第２ステージ１２が水平姿勢となるまで第１ステージ１１と第２ステージ１２とが同時に９０度逆転（図中、時計回りに回転）するように第１回転装置１３（電磁弁１３ｂ）および第２回転装置１４（電磁弁１４ｂ）を制御する（ステップＳ１４０）。これにより、第１ステージ１１上の複数の部品Ｐは、９０度姿勢変換されて第2ステージ１２上に載置される。そして、制御装置５０は、図１１に示すように、第１ステージ１１が水平姿勢となるまで第１ステージ１１が９０度正転（図中、反時計回りに回転）するように第１回転装置１３（電磁弁１３ｂ）を制御して（ステップＳ１５０）、姿勢変換処理を終了する。

ここで、実施形態の主要な要素と本開示の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、実施形態の第１ステージ１１が本開示の第１ステージに相当し、第２ステージ１２が第２ステージに相当し、第１回転装置１３が第１回転装置に相当し、第２回転装置１４が第２回転装置に相当し、制御装置５０が制御装置に相当する。また、作業ロボット２０が多関節ロボットに相当する。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第１回転装置１３および第２回転装置１４は、ロータリシリンダと電磁弁とにより構成されたが、モータにより構成されてもよい。

上述した実施形態では、部品供給装置５と姿勢変換装置１０は、別々の装置として構成されたが、姿勢変換部が一体化された部品供給装置として構成されてもよい。

上述した実施形態では、作業装置１は、姿勢変換装置１０により姿勢変換された部品をピックアップし、基板Ｓ上に装着するものとした。しかし、作業装置１は、姿勢変換装置１０により姿勢変換された部品ＰをピックアップしてトレイＴ上に整列して載置するなど、姿勢変換された部品Ｐに対して行なう作業であれば、如何なる作業にも適用可能である。

以上説明したように、本開示の姿勢変換装置は、部品の姿勢を変換する姿勢変換装置（１０）であって、複数の部品が載置される載置面をそれぞれ有し、回転軸（ＡＸ１，ＡＸ２）を挟んで両側に配置された第１ステージ（１１）および第２ステージ（１２）と、前記第１ステージを回転させる第１回転装置（１３）と、前記第２ステージを回転させる第２回転装置（１４）と、前記第１ステージ上に載置された部品の姿勢変換が要求されると、前記第２ステージが前記第１ステージに対して垂直になるまで該第２ステージが該第１ステージに向かって第１方向に回転するように前記第２回転装置を制御し、前記第１ステージと前記第２ステージとが垂直になった状態を保持しながら該第２ステージが水平になるまで前記第１ステージと前記第２ステージとが前記第１方向とは逆の第２方向に回転するように前記第１回転装置と前記第２回転装置とを制御し、前記第１ステージが水平になるまで該第１ステージが前記第１方向に回転するように前記第１回転装置を制御する制御装置（５０）と、を備えることを要旨とする。

この本開示の姿勢変換装置によれば、第１ステージおよび第２ステージを回転させることで、第１ステージ上に載置された部品は、垂直に姿勢変換されて第２ステージ上に載置される。したがって、姿勢変換装置は、簡易な構成により部品を垂直に姿勢変換することができる。

こうした本開示の姿勢変換装置において、前記第１ステージ（１１）および前記第２ステージ（１２）は、それぞれ両者が垂直に閉じた位置と水平に開いた位置との間で回転可能であり、前記第１回転装置（１３）および前記第２回転装置（１４）は、それぞれエア圧を用いて対応するステージを前記第１方向および前記第２方向に回転可能であるものとしてもよい。こうすれば、姿勢変換装置は、電気的な配線を必要とすることなく、部品の姿勢を変換することができる。

本開示の作業装置は、上述した姿勢変換装置（１０）と、前記姿勢変換装置により姿勢が変換された部品に対して作業を行なう多関節ロボット（作業ロボット２０）と、を備えることを要旨とする。

また、本開示の作業装置において、前記多関節ロボット（作業ロボット２０）は、前記第１ステージ（１１）上に複数の部品（Ｐ）を各部品の一辺が前記回転軸（ＡＸ１）に沿うように整列載置し、前記姿勢変換装置（１０）により前記複数の部品が姿勢変換されると、姿勢変換された前記複数の部品に対して作業を行なうものとしてもよい。こうすれば、姿勢変換装置の第１ステージに部品を整列させるための専用の機構を設ける必要がない。

本開示は、姿勢変換装置や作業装置の製造産業などに利用可能である。

１作業装置、２台座、３基板搬送装置、５部品供給装置、１０姿勢変換装置、１１第１ステージ、１２第２ステージ、１３第１回転装置、１３ａ第１ロータリシリンダ、１３ｂ電磁弁、１４第２回転装置、１４ａ第２ロータリシリンダ、１４ｂ電磁弁、１５支持台、２０作業ロボット、２１先端アーム、２２，２３中間アーム、２４基端アーム、２５基台、３１～３５関節、３１ａ～３５ａモータ、３１ｂ～３５ｂエンコーダ、３６カメラ、４０保持部材、５０制御装置、Ｓ基板、Ｐ部品、ＡＸ１，ＡＸ２回転軸。

Claims

部品の姿勢を変換する姿勢変換装置であって、
複数の部品が載置される載置面をそれぞれ有し、回転軸を挟んで両側に配置された第１ステージおよび第２ステージと、
前記第１ステージを前記回転軸の周りに回転させる第１回転装置と、
前記第２ステージを前記回転軸の周りに回転させる第２回転装置と、
前記第１ステージ上に載置された部品の姿勢変換が要求されると、前記第２ステージが前記第１ステージに対して垂直になるまで該第２ステージが該第１ステージに向かって第１方向に回転するように前記第２回転装置を制御し、前記第１ステージと前記第２ステージとが垂直になった状態を保持しながら該第２ステージが水平になるまで前記第１ステージと前記第２ステージとが前記第１方向とは逆の第２方向に回転するように前記第１回転装置と前記第２回転装置とを制御し、前記第１ステージが水平になるまで該第１ステージが前記第１方向に回転するように前記第１回転装置を制御する制御装置と、
を備える姿勢変換装置。
請求項１に記載の姿勢変換装置であって、
前記第１ステージおよび前記第２ステージは、それぞれ両者が垂直に閉じた位置と水平に開いた位置との間で回転可能であり、
前記第１回転装置および前記第２回転装置は、それぞれエア圧を用いて対応するステージを前記第１方向および前記第２方向に回転可能である、
姿勢変換装置。
請求項１または２に記載の姿勢変換装置と、
前記姿勢変換装置により姿勢が変換された部品に対して作業を行なう多関節ロボットと、
を備える作業装置。
請求項３に記載の作業装置であって、
前記多関節ロボットは、前記第１ステージ上に複数の部品を各部品の一辺が前記回転軸に沿うように整列載置し、前記姿勢変換装置により前記複数の部品が姿勢変換されると、姿勢変換された前記複数の部品に対して作業を行なう、
作業装置。