JPS58171280A - フレキシブル・マニピュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計算機プログラムで制御されるマニピュレータ
を使用した自動化バッチ組立て技法に関する。さらに具
体的には本発明はジョブの設定、変更もしくは誤り状態
に関連する活動のためにオペレータに依存しなければな
らない様なダウンタイムのない少量の仕事の自動ロボッ
トによるバッチ組立てもしくは処理に関する。

〔背景技法〕

工業の分野における通常のロボットの応用は数多く存在
し、又周知である。多くのロボットはスポット溶接、ス
プレィ塗布、装填及び敗りはすしの如き単一の特定の型
の高度の繰返しの仕事に専用されている。ロボットのた
めの他の用途は例えばば、！ｌｌｌ取り、穿孔もしくは
タッピングの如き軽い処理タスクである。これ等のロボ
ット技術の応用の各々は計算機でプログラムされたパタ
ーンに従って動作され得る。組立てもしくは処理に際し
てロボットは大量の同一のもしくはファミリイに属する
副組立体に対して操作を加える柔軟性のないシステムの
専用部分として使用される。１つのロボットを１つ以上
の応用に使用する事は一般的に云って非経済的である。

なんとなれば応用の切替えもしくは設定に関連して多く
の人力及び機械のダウンタイムが伴うからである。

製造に費やされるすべての人間の努力の２／３以上が５
０個以下の部品より成る仕事のバッチを処理するのに費
される事がわかっている。ロボット技術の専門家は一般
に同じ組立作業にたいしてロボツ＋Ｊ：Ａ間のスループ
ツト率の１５０％よシもはるかに高いスループツト率で
動作する事を期待していない。小体積、小ロットの組立
てもしくは処理の場合、１つの組立てタスクから他の組
立てタスクに切換える際の工具、部品等の設定及び暇換
える際に費やされる時間、労力及びコストはこのタスク
を自動イヒする際の高いスループット及び他の利点を容
易に凌駕する。さらに人間のオペレータによって制御さ
れる設定／変更時間は生産性を低下し、資本のロスを生
ずる。同様にロボツ（３） トの作業包絡線内で設定／変更を行う場合にはオペレー
クに対する危険性が考えられる。

〔本発明の開示〕 本発明は小ロットの組立てもしくは処理作業のためにプ
ログラムされたロボットの効率的な動作に関連する装置
に関する。本発明の装置は自蔵タスクを有する手押し車
と組合されて、複数の自由度内で移動し得るマニピュレ
ータ並びにその装置及び条件に関するフィードバックを
与える装置よυ成る高度に精巧なロボットを含む。各タ
スク手押し車はロボットがこのタスクを遂行するのを可
能にする必要な工具及び／もしくは部品を含む。

マニピュレータは工具を把持して、所望の手押し車に対
して与えられ得る部品に対して所望の一連の動作を遂行
し得る様に適切にプログラムされている。１つのタスク
が満足であれ、不満足であれ、完了すると、マニピュレ
ータは他のタスクの手押し車へと進む。手押し車はオフ
ラインに適し、ロボットの作業包絡線内にもたらされる
様になって（４） いるのでダウンタイムが十分減少される。

成る応用においては、１つ以上の手押し車上に工具及び
部品の供給源を分配させる必要が存在する。この逆に複
数個の無関係なタスクが１つの手押し車上で工作され得
る。本発明を使用すれば大きな柔軟性が得られる。

〔本発明を遂行する最良モード〕

説明されるロボット及び計算機装置は説明の都合上選択
されたものであり、他の型のロボット及び関連する装置
が本発明の範囲を離れる事なく使用され得る事は明らか
であろう。

総括的に８で示されたロボットを動作させるための例示
的システムを理解するために第１図を参照されたい。自
動化されたマニピュレー′Ｚ１０は腕１４の端に搭１載
されている。腕１４はモータを有するトロリー１８によ
って腕１６に沿ってこれと直角に移動可能である。腕１
６は１端でアイドラ支持トロリー２４に接続されている
。腕１６の他端はモータを有するトロリー２６に接続さ
れている。トｏリー２４及び２６は夫々平行なトラック
２８及び３０に沿って移動可能である。流体動力及び電
力をトロリーに供給するためのホース及び線は図示され
ていない。トラック２８は柱３６及び３８によってベー
ス３４に取付けられている。

トラック３０は柱４２及び４４によってベース３４に接
続されている。柱４２及び４４は柱６６及び３８よシも
長く、腕１４、従ってマニビュＶ　−り１０は垂線から
成る角度をなして配向されている。図示の構造の場合は
、約６０度の偏位が利点が多い事が発見されている。ト
ラック２８及び３０並びにレール４６′及び４８より成
る上方フレームは所望の位置にマニピュレータ１０を支
持する様に水平から約３０°偏泣されている。ロボット
８の作業包絡線はトラック２８及び３０並びにレール４
６及び４８並びに破線５１によって囲われた空間を含ん
でいる。

ロボットの作業包絡線は６つの独豆した作業領域へ分割
されている。破線領域５２．５４及び５６はロボット８
によって仕事が行われるべき時に作業包絡線にもたらさ
れ得る自蔵タスクを有する手押し車もしくは移動作業ス
テーションの位置を表わす。６つの対応するポー）５３
．５５及び５７がベース３４の内部に存在する。各ポー
ト５３．５５及び５７は任意の手押し車上に存在する整
列用開孔に係合する整列用柱５８を含んでいる。回転可
能な空気クランプ型ラッチ５９が移動作業ステーション
を定位置にロックするために各ポートに与えられる。回
転可能な事を示すためにポート５３．５５，５７におけ
るラッチ５９は異なる相対位置で示されている。マニピ
ュレータ１０は流体動力で移動可能な腕１４によって計
算機の制御の下に位置付けられる。適切なマニピュレー
タは米国特許第４１３２３１８号に開示されている。

例示的制御システムは同様に第１図に示されており、入
力のためのキイボードの表示入出力装置６２、プロセッ
サ／記憶装置６４、ノ・−ド・コヒー出力のための印刷
器６６及び流体動力源６８を含む。

上述のシステム部品の詳細は本発明とは直接間（７） 係しない。その動作及びマニピュレータ自体との相互作
用のみならずホース及びケーブルの通し方についてはＩ
　ＢＭ　Ｒｏｂｏｔ　　Ｓｙｓｔｅｍ／Ｉ　　Ｇｅｎｅ
ｒａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｍａｎｕａｌ　及び　
Ｕｓｅｒ＆、’ＧｕｉｄｅＧＡ３４−０１８０−１及び
関連するＴｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｎｅｗｓｌｅｔｔｅｒ
　　の更新版に説明されている。

第２図は夫々第１図の位置５６及び５４に２つのタスク
の手押し車１０４及び１０６が位置付けられた、第１図
の正面から見たロボット８の透視図である。手押し車１
０４は重力で供給可能なトレイ１１０及び１１１からの
歯車１０８及び１０９を位置付ける事を含む組立てタス
クのためにセット・アップされている。工具１１２は特
に歯車板１１４上に歯車１０８及び１０９を位置付ける
様に設計されている。このタスクを遂行するために、工
具１１２は重力で供給されるソース１１５から板１１４
を取上げ、これを取付具１１６上に置く。板及び歯車よ
り成る完成した副組立体１１８は次いでシュート１２０
中に落下される。クユ（８） 一ト１２０は人間のオペレータによって自由に空にされ
得る容器（図示されず）に連絡している。

取付具１１６に隣接して判定柱１１７が存在する。

この判定柱１１７はロボットによってタスク手押し車１
０４の位置をマニピュレータ１０の位置に正確に関連付
けるために使用される。

手押し車１０６は手押し車１０４上のタスクとは全面的
に無関係であり得る他のタスクのためにセット・アップ
されている。手押し車１０６には領域１２４から部品を
つまみ上げて領域′１２６中にある副組立体上に置き、
完成後にこの副組立体をシュート１２８へ落下させる工
具１２２が与えられている。判定柱１２９は上述の判定
柱１１７と同様に使用され、手押し車、今度の場合は１
０６の位置がマニピュレータ１０に対し正確に関連付け
られる。

各手押し車は一般に次の様な共通の特徴を有する。（１
）所与の副組立体へ組立−こられるべき部品の供給源を
有する。（２）組立てを遂行する仕事領域を有する。（
３）手押し車とロボットの作業包絡線内のマニピュレー
タの相対位置を計測する際に使用される判定柱が存在す
る。（４）完成した副組立体のための受納領域並びにタ
スクを遂行する１乃至複数個の工具を有する。各工具は
マニピュレータ１０によって把持され得る点で均一であ
る。即ち各工具はマニピュレータ１０と一緒に移動出来
る様にマニピュレータ１０の把持部分と整合している。

各手押し車はさらに整列及びロック装置を有しく第３図
）任意の手押し車の位置５２．５４及び５６（第１図）
において手押し車が使用され得る様になっている。手押
し車１０６（第２図）の側面部分１２７によって図示さ
れる様に各手押し車の主なる作業表面はその上に全ロボ
ット８が設置しているベース３４上の上部表面５０から
上方に３０度傾いている。この移動可能な手押し車の構
造及びそのマニピュレータとの位置関係は他の利点を与
える。即ち複雑で機械的な部品供給装置が必要とされず
、重力による供給で十分である。

他の利点が第２図に示された如き配列体から生じる。ロ
ボット８の作業包絡線を複数個のセクシヨンに分割する
事によってマニピュレータはすべての仕事がすべてのタ
スク手押し車について完了する迄、自動的に１つのタス
クから他のタスクへと仕事を進める。さらにセクション
が小さくなるとサイクル時間が改良され及びマニピュレ
ータ機構の損耗が減少する。

第３図は供給管１３２からスタック１４０から取出され
るブラケットへねじを運ぶのに適した移動可能な自蔵タ
スク手押し車１６０を示す。これ等のタスクのための工
具１４４は特殊な保持器１４６中に含まれている９判定
柱１４８はマニピュレータの位置の判定のために与えら
れている。

この特定の場合には、工具１４４は１つ以上のタスクを
遂行するのに適している。即ち、これはスタック１４０
から１）個のブラケットを取り上げこれを作業領域１５
０に置く。ブラケットに対する作業が完了した時に、ブ
ラケットはビン１５４に導かれているシュート１ら２へ
置か牡、ビン１５４中に蓄積され、オペレータによって
除去される。

手押し車１６０上の装備の構造は例示的なものである事
に注意されたい。弓又付具の最適位置は応用毎に異なり
、成る程度選択事項である。手押し車を再供給する間隔
を増大させ、誤供給による誤りの回復の可能性を増大さ
せるために単一の入力部品のために複数の供給源を与え
る事がしばしば望まれる。

ロボットの作業包絡線内に手押し車１３０を適切に位置
付けるために整列用開孔１６０が前面レール１５８中に
与えられ、二ロボットのベース３４中の整列用柱５８を
受入る様になっている。ロボットのベース５４中のラッ
チ５９（第１図）は手押し車の前面レール１５８と協働
する。回転可能なラッチ５９は手押し車をその最終位置
に引寄せ、ロックする様にレール１５８を後方に移動さ
せる。

ロボット・ベース６４の表面５０は水平であり手押し車
の前の端と一致する様に床から十分高くなっている。第
３パ図に示された如く、前面レール１５８として具体化
されている。との高さは座ったオペレータが快適な様に
選択される。この様な構造体は手押し車を最大限に使用
するために望ましいものである。手押し車はロボットと
の使用に制限されるものではなく、小さなジョブもしく
は急ぎのジョブのための伝統的な自動イヒされていない
移動作業ステー７ヨンとしても利用可能である。

適応性副組立体の手押し車としても参照される個々、の
タスク手押し車は特定の組立ての応用を支援する様に設
計及び装備されている。この技法の１つの利点は新らし
い応用の開発を容易にする点にある。基本的手押し車の
設計が与えられると、多大の人力７磯械のリソースにた
よる前に多くの試行によってエンジニアは実際の手押し
車を製造し、試験し、修正する事が可能である。特定の
応用は大量の個々の副組立体が製造出来る様に２台以上
の同一に設計され装備された手押し車を必要とする。

本発明の適応性組立てシステムはこの様な変更を受入れ
る事が出来る。なんとなれば成るタスク手押し車による
組立ての応用が一度開発され、デパックされると、この
プログラムはロボットが所与のタスクを遂行する様に必
要に応じて記憶され、呼出され得る。

ここで本発明を使用する適応性バッチ組立ての全プロセ
スの流れ図である第４図を参照されたい。

高価な装置及び人力の最適使用を決定する際には、手押
し車及びソフトウェア設計段階で十分な注意がはられれ
、時間が費やされる。従って、エントリ点２００でプロ
セスが開始され、判断ブロック２０４で特定の製造ラン
を設定するに当って、さらになされる仕事があるかどう
かが決定される。

もし答がＹＥＳ　（ある）ならば、手押し車の設計及び
装備が行わ扛る。この段階で費やされる時間は勿論タス
クの複雑さによって変イヒし、反復プロセスである。

ブロック２０８はノ・−ドウエアの設計及びテストを表
わし、ブロック２１２はプログラムの設計及びテストを
表わす。このプログラムは手押し車上に準備されたタス
クを遂行するためにマニピュレータを指令するのに必要
なソフトウェアである。

このプログラムも又反復プロセスである。なんとなれば
ｉｌＩ接的組Ｖて活動のみＡらず適切な誤シル−チンが
開発されなければならないからである。

この設ａ」段階の詳ｉげ本発明の１部を構成しない。

特定のマニピュレータと関連する特定の言語はＩＢＭロ
ボット・システムｌのために与えられたプログラム・サ
ポートであるＡＭａｃｈｉｎｅＬａｎｇｕａｇｅ　　（
ＡＭＬ　）である。

判断ブロック２１６ではロボットが作業にとりかかる準
備状態にあるかどうかの決定、換言すればすべての手押
し車及びプログラミングが試行されるかもしくは製造ラ
ンのために準備状態にあるかどうかの決定がなされる。

もし準備状態になければプロセスは判断ブロック２０４
に進む。しかしながら手押し車が準備状態にあれば、ブ
ロック２２０で示された如く、これ等は夫々の位置（第
１図参照）に位置付けられる。

制御システムのソフトウェアの部面及びタスクの１部と
してブロック２２４で優先順位が割当てられる。本発明
の適応性バッチ組立て技法の１つの大きな利点はロボッ
トの使用を最適ｆヒし、人間のオペレータの介入の必要
性を減少出来る点にある。この利点を達成する１つの態
様は所与のタスクに向けられた手押し車に対するロボッ
トの仕事に優先順位を与える事にある。簡単に説明する
と、ロボットの制御は任意の順序で位置５２．５４及び
５６にある手押し車に作業を行う能力を含んでいる。も
しくは、これ等の位置に特定の優先順位が割当てられて
、これに従って手押し車が位置付けられる。

タスクは２５０に示された如く実行され、オペレータは
自由に他の任務につく事が可能になる。

タスクがすべて完了すると、端子２４０で示された如く
、プロセスの終りに到達する。

第４図の処理ブロック２３０は第５図中に判断及び動作
の組として示されている。各タスク、即ち手押し車に関
連する動作及び決定の各組は次のものを含む。この処理
ブロックには端子２６１で導入される。ロボットはブロ
ック２３２に示された如くタスクの前もってプログラム
された段階を遂行するっ各段階もしくは一連の段階が完
了する時、完了が成功裡に終ったかどうかの決定が判断
ブロック２６３においてなされる。もしＹＥＳならばプ
ログラムは一連の段階の遂行を完了したがどうかの判断
をブロック２３４で行う。もし完了していなければ、制
御はタスクの遂行段階ブロック２３２に戻る。所与のタ
スクの遂行が完了したかどうかの決定の本質は部品の供
給の状態についてのチェックである。もし部品がなけれ
ば、もはやこのタスクについてもはや仕事が出来ない事
の決定がなされる。

次にこれが最後のタスク即ち最後の手押し車であるかど
うかの決定が判断ブロック２６５でなされる。もし最後
のタスクであるならば■によって示された如く第４図の
基本プロセスに戻される。

最後のタスクが完了していない時には本発明のシステム
は直ちに且つ自動的にロボットの作業包絡線内に位置付
けられた次の低位の優先順位の手押し車上にある次のタ
スクに切換えを行う。この次のタスクは上述のものと略
同−の一般的流れに従う。

判断ブロック２３６に戻ると、もし特定のマニピュレー
タの移動が満足に行われないが、誤り状態になると、ブ
ロック２３７に示された誤りルーチンに導入される。任
意の誤りルーチンは実際の状態の如何にかかわらず、最
小限回復の成功が可能かどうかを決定し、回復を試みる
。もし決定ブロック２３８で誤りを生じた状態からの回
復が達成さ扛た事が決定されると、ロボットはその予じ
めプログラムされた段階を継続する。破線２３９で囲ま
れたループをなす段階は反復される。なんとなればブロ
ック２３２で特定のタスク段階を遂行する際には種々の
誤り状態が生ずるからである。

若干の例として、部品の誤送、部品毎の変動及び部品の
仕様からの偏差があげられる。この様な状態はしばしば
把持器もしくはマニピュレータ１０中のセンサもしくは
マニピュレータ１０中の把持器中に保持された特定の工
具によって検出される。

しかしながら誤シ状態が何回試行しても成功裡に回復さ
れない様なものであるなら・ばタスクは自動的に次の低
い優先順位のタスクの手押し車に切換見られる。この様
な切換えには勿論この分野の専門家が周知の如くオペレ
ータに対して警告として可聴もしくは可視信号を与える
事が伴う。しかしながらロボットは遊んでいるわけでは
ない事に注意さｔｌ、たい。

本発明は特定のハードウェア及びソフトウェアについて
説明されたが、その基本概念は他の状態に適応可能であ
る。−例えば、ロボットは人間の形をしたもしくは床、
天井もしくは壁に取付けられた台座形の如き、より繁雑
でない異なるロボットであり得る。さらにＩＢＭロボッ
ト・システムＩの直交座標ではなくて極座標形式で記述
された作業包絡線で記述されたロボットが使用され得る
。

種々の自由度のロボットが使用され得、マニピュレータ
は任意の変位をなして傾斜されてもよくされなくてもよ
い。

手押し車は選択されたロボットの作業包絡線の特定の輪
郭に適する様に設計され得る。例えば台座形のベースの
まわりの適切な半径方向の位置に手押し車がラッチされ
得る如く、台座形の人間ロボットが中心に位置付けられ
得る。明らかに作業表面は平坦でもよく、傾斜していて
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化するための例示的ハードウェア
構成を示す図である。第２図は２台のタスク手押し車が
動作位置にある、第１図のロボットの作業包絡線の透視
図である。第６図は第６のタスクのためにセット・アッ
プされた手押し車を示した図である。第４図は本発明の
システムの動作の流れ図である。第５図は第４図の１つ
のプロセス・ブロックのさらに詳細な流れ図である。 ８・・・・ロボット、１０・・・・マニピュレータ、１
４．１６・・・・腕、２４．２６・・・・トロリー、３
４・・・・ベース、５２．５４．５６・・・・移動作業
ステーション、５３．５５．５７・・・・ポート、６２
・・・・表示入出力装置、６４・・・・プロセッサ／記
憶装置、６６・・・・印刷機、６８・・・・流体動力源
、１０４．１０６．１３０・・・・タスク手押し車。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットの作業領域内で複数の方向に移動可能なマニピ
   ュレータを含む計算機で制御されるロボットによりバッ
   チ組立てを行うための装置であって、 ロボットの作業包絡線を複数の独立した作業領域に分割
   する装置と、 上記ロボットの独立した任意の作業領域に接続される様
   適合された移動組立てタスク用作業ステーションと、 上記独立した作業領域において予定の順序で組立てタス
   クを遂行する様にロボットに命令を与えるプログラム装
   置 トヨリ成る適応性ロボット・バッチ組立て装置。