WO2019009337A1 - フレキシブル製造システム - Google Patents

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WO2019009337A1
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work
manufacturing system
internal
unit
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僚 田中
邦廣 平岡
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芳賀電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q39/00—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation
    • B23Q39/04—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation the sub-assemblies being arranged to operate simultaneously at different stations, e.g. with an annular work-table moved in steps
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing system for automatically manufacturing a product using a robot or the like.
  • a manufacturing line is configured using an automatic work machine such as a robot to save labor, reduce running costs, and the like.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is possible to flexibly respond to high-mix low-volume production, customized production for each customer, or partial automation while taking advantage of the automatic manufacturing system. It is a revolutionary thing that was planned.
  • a management apparatus to manage, and a connection mechanism for releasably connecting any one unit cell and any other unit cell are provided, one of the unit cells being connected by the connection mechanism.
  • the outlet of the unit cell and the inlet of the other unit cell are in close proximity or in contact with each other, and the work carried out from the outlet of the unit cell is carried in from the inlet of the other unit cell. It is characterized in that it is
  • the conveyance line can be changed only by changing the physical connection of unit cells, or unit work contents can be changed from the management device for each unit cell. Since it can be changed, it is easy to change the setup, and it is not an exclusive manufacturing device although it is an automatic manufacturing system, and by changing the combination, high-mix low-volume production and flexible order response become possible.
  • the unit cell is a case in which the inlet and outlet are formed, and one or more types of internal devices used for performing the work by being installed in the case
  • the management apparatus manages the internal devices individually for each unit cell.
  • the unit cell substitutes for human movement, at least the function as a human foot, that is, the function to carry in and out a work, and the function as a human eye, ie, a work to the internal equipment.
  • a function to observe and a function as human hands, that is, a function to perform work on the observed work are required.
  • a transport device for transporting a work from the loading port to the unloading port, a robot for performing work on the workpiece transported by the transport device, and at least a position at which the workpiece can be imaged
  • a camera is provided.
  • the transport device of one unit cell and the other unit It is desirable to be configured to be substantially connected to the transport device of the cell.
  • the management device is communicably connected to an external device, and accepts instruction data of a common format for controlling the operation of the unit cell from the external device.
  • an interface unit is provided which converts this into a data format specific to the internal device in each unit cell and inputs the data into the internal device.
  • the instruction data may have the same structure with common parameterization regardless of the type of the internal device.
  • the internal device includes communication means for transmitting and receiving internal device data that is data related to the internal device, such as its operation state and input / output information, and this communication means is connected directly or indirectly to the Internet.
  • the operation of the flexible manufacturing system can be remotely monitored or controlled using a general-purpose terminal device such as a smartphone or a personal computer.
  • each unit cell is provided with a local network which enables mutual communication of the internal devices, and the management device is provided with a gateway function for connecting the local network and the Internet. Can be mentioned.
  • the specification change can be made only by a simple setup change such as changing the connection of the unit cell or changing the unit work of the unit cell from the management device although it is an automatic manufacturing system. Since it is possible, high-mix low-volume production and flexible order handling become possible.
  • FIG. 7 is a screen configuration diagram showing a standard module instruction screen in the embodiment.
  • FIG. 7 is a screen configuration diagram showing an operation status screen displayed on the external device in the embodiment.
  • FIG. 7 is a screen configuration diagram showing a simulated screen in the same embodiment.
  • the flexible manufacturing system 100 is configured by connecting a plurality of unit cells 10 that automatically perform work on the workpiece W. Then, each time a part, a semi-finished product, or the like passes through each unit cell 10, a unit work such as processing or sorting is performed on the work W to manufacture a product.
  • each unit cell 10 includes a housing 1, a robot 2 disposed in the housing 1, transport devices 3 and 3 ′, machine vision 4, and various sensors (not shown). , And internal equipment such as work benches 71 and 72, respectively.
  • the housing 1 is, for example, a rectangular parallelepiped formed of a frame 61 and a partition wall 62, and a working space is formed inside.
  • a loading port 6a (hereinafter also referred to as a first loading port 6a) for loading a work W is provided on one side surface of the housing 1, and a position facing the loading port 6a on the other side surface.
  • an outlet 6b (hereinafter also referred to as a first outlet 6b) for unloading the work W.
  • the size of the casing 1 in each unit cell 10 is common to the depth direction and the height direction when viewed from the front, and a plurality of types of different sizes are prepared in the width direction.
  • the robot 2 is composed of a robot body including an actuator (not shown) such as a motor, an arm 21 and a hand 22, and a robot controller 24 for controlling the robot body 23.
  • an actuator such as a motor
  • an arm 21 and a hand 22 and a robot controller 24 for controlling the robot body 23.
  • a plurality of types are prepared here. It is done.
  • One type is a six-degree-of-freedom robot 2 (a) in which a replaceable robot hand 22 is attached to the tip of the articulated arm 21.
  • this six-degree-of-freedom robot 2 (a) It is provided in a unit cell 10.
  • the other type is the cheaper Gantry type XYZ orthogonal three degree of freedom robot 2 (b), and in FIG. Note that the number and type of robots 2 installed, the installation location, and the like may be changed for each unit cell 10.
  • the transport device 3 carries in the work W from the first loading port 6a, and carries out the work W after the work (processing) by the robots 2, 2 ′ is carried out from the first unloading port 6b,
  • a pair of rollers 31 arranged in a horizontal direction, an endless annular belt 32 stretched between the rollers 31, and a drive motor shown in FIG. Belt conveyor type is used.
  • the transport end of the transport device 3 which is one end in the longitudinal direction, protrudes the same as or slightly outward from the first loading port 6 a, and the discharge end, the other end in the longitudinal direction, is the same as the first outlet 6 b, It is arranged to project slightly outward.
  • the transport device 3 in addition to the transport device 3 (hereinafter referred to as the first transport device 3), as shown in FIG. 2, another similar transport device 3 '(hereinafter referred to as the second transport device 3'). ) Are juxtaposed.
  • the robot 2 is disposed between the transfer devices 3 and 3 '.
  • the second transfer device 3 ′ is used to transfer the accessory X such as a processing jig, a component box, and a robot hand, in addition to the components and materials to be attached to the workpiece W.
  • a second loading port 6c and a second unloading port are provided in the case 1 next to the first loading port 6a and the first unloading port 6b for loading and unloading the workpiece for loading and unloading of the subsidiary product X. 6d are provided to face each other, and the second transfer device 3 'is bridged between the second loading port 6c and the second discharge port 6d in the same manner as the first transfer device 3.
  • 2D vision used to specify the position and orientation on the two-dimensional plane of the workpiece W and parts, etc., and the position and orientation on the three dimensions of the workpiece W and parts etc. Two of the 3D visions used to identify are provided.
  • the 2D vision is configured using one or a plurality of fixed point cameras 41 which are provided in the vicinity of the ceiling of the housing 1 and continue imaging only a predetermined area.
  • the 3D vision is configured by using a moving camera 42 attached to the tip of the robot arm 21 and freely moving, and imaging a directional part according to the movement.
  • two work stands 71, 72 are provided, one on each side between the transport devices 3, 3 'and across the robot 2, as shown in FIG.
  • One work table 71 is used when performing work on the work W conveyed by the first conveyance device 3.
  • the robot 2 may not work on the work bench 71 and work on the first transfer device 3, but in this case, the work bench 71 is not used .
  • the other work table 72 is for placing the subsidiary product X transported by the second transport device 3 '. In the case of the work which does not use such a subsidiary product X, the work bench 72 concerned is not used.
  • a weight sensor for detecting the weight of the work W and power consumed by the unit cell 10 are sensed.
  • a power sensor (not shown) or the like is provided.
  • the robot sensor is a force sensor that senses the gripping force of the robot hand 22 or a torque sensor that senses the fastening torque of the screw by the robot 2, and here, using the sensor originally attached to the robot 2 There is.
  • the force sensor is composed of, for example, a piezo element or the like attached to the arm gripping portion, but such a sensor dedicated to force sensing is not provided and calculated from the current flowing through the open / close actuator (motor) of the hand 22. It may be something you do. The same applies to the torque sensor.
  • the weight sensor is a scale attached to the work bench 71 on which the work W is placed, but it is not a sensor dedicated to such weight sensing, for example, when the robot 2 holds and lifts the work W
  • the weight of the workpiece W may be sensed from the speed (or acceleration) of the motor or the motor current at that time.
  • a wireless module (not shown) as a communication means is attached to each of the internal devices such as the robot 2, the transport apparatus 3, the machine vision 4 and the sensor described above. As shown in FIGS. 1 and 4, the wireless module forms a local network LT capable of wirelessly transmitting and receiving the output data and input data of the internal devices.
  • the communication means is not limited to the wireless module, and a wired module having high noise resistance may be used.
  • Different IDs for example, local network addresses
  • the devices are distinguished by the IDs, and types of output data and input data, transmission / reception destinations thereof, and the like are identified.
  • the control data for the robot controller 24 is placed on the local network LT together with the ID of the robot controller 24, and the robot controller 24 receives the control data via the wireless module.
  • the robot body 23 is controlled based on the control data.
  • the output data of the force sensor flows on the local network LT through the wireless module together with its ID, so the receiving side distinguishes the output data of the force sensor by the ID.
  • the captured image data flows on the local network LT together with the IDs of the cameras 41 and 42.
  • the transport speed, the power consumption, and the like flow on the local network LT via the wireless module together with the ID.
  • a position sensor such as GPS is attached to the wireless module, and the installation position information flows on the local network LT together with the ID of the work benches 71 and 72.
  • the communication protocol of the local network LT is not particularly limited, and various known formats may be adopted.
  • this manufacturing system 100 includes a connection mechanism 8 for connecting any one unit cell 10 to any other unit cell 10, and a management device 9 for managing each unit cell 10 individually and in an integrated manner. There is.
  • connection mechanism 8 is, as shown in FIG. 1, a horizontal bar 81 in the shape of a metal bracket, and an attachment portion 82 provided at a predetermined position on the vertical frame 61 of the housing 1 (more specifically, screw holes, for example) And two horizontal unit cells 10 by attaching the horizontal crosspiece 81 with a bolt or the like so as to straddle the vertical frame 111 of one unit cell 10 and the vertical frame 61 of the other unit cell 10. However, they are connected and connected in a predetermined fixed relative positional relationship (in the case of this embodiment, their side surfaces are separated by a fixed distance and face each other).
  • the outlet 6 b of one unit cell 10 and the inlet 6 a of another unit cell 10 face each other in close proximity, and the outlet of the first transfer device 3 of the unit cell 10. Are arranged close to the loading end of the first transfer device 3 of the other unit cell 10.
  • the second outlet 6d of one unit cell 10 and the second inlet 6c of the other unit cell 10 face each other, and the second transfer device 3 'of one unit cell 10
  • the second transport devices 3 ' are substantially connected with each other with the end close to the start end of the second transport devices 3' of the other unit cells 10.
  • the management device 9 is a general-purpose or dedicated computer, and has a function as a gateway unit that connects the local network LT to the Internet IT.
  • each internal device (robot 2, 2 ', transport device 3, camera 4, sensor, etc.) of each unit cell 10 is connected to the Internet IT and functions as a so-called IoT device.
  • This enables exchange of data between external devices Y such as portable terminals, personal computers, and other IoT devices connected to the Internet IT, and internal devices of the unit cell 10,
  • the hardware configuration is such that the operation of each device can be monitored or controlled by the external device Y.
  • each of the internal devices of the unit cell 10 for example, the cameras 41 and 42, the robot 2, the transport devices 3 and 3 ', etc. have their own data communication formats, the internal devices are directly connected from the external device Y. It takes time to access the.
  • This interface unit receives a common format data for controlling each internal device from the external device Y, converts it into a data format specific to each internal device, and transmits it to the internal device, and each internal It has a monitoring interface that integrates specific operating condition data transmitted from the device and enables monitoring from the external device Y.
  • the control interface receives data in a standard text format (for example, data such as a CSV file or an Excel file) in which each data is divided by a predetermined delimiter, converts the data, and transmits the converted data to each internal device.
  • a standard text format for example, data such as a CSV file or an Excel file
  • an execution instruction screen in Excel format as shown in FIG. 5 is displayed on the screen of the external device Y, and the user instructs each record of this execution instruction screen in the external device Y.
  • the internal device operates based on the command operation.
  • one record in this execution instruction screen is configured to be a unit job (minimum unit work performed by one internal device), and the order of operations is the order of records. There is. Further, in one record, which operation is to be performed by which internal device can be set by writing a predetermined numerical value or text in each predetermined field in the record.
  • the standard module instruction screen for parameterizing the instructions for the disjoint functions of each internal device and making all common can also be displayed on the external device Y.
  • each record indicates the input / output address or command of the internal device, and the user can set the input / output address or command of the internal device.
  • the monitoring interface digitizes or graphs data transmitted from the actual robot 2, camera 4, sensor, etc., and displays it on a predetermined operation status screen of the external device Y as shown in FIG. It is.
  • a simulation function is also added to the management device.
  • the flexible manufacturing system when various unit cells are arranged on a computer and an operation is performed on a virtual work created by CAD or the like, for example. It is possible to virtually verify the operation of.
  • This simulator can be operated and viewed by various terminals via the Internet.
  • each unit cell has a work conveyance function
  • the conveyance line can be changed simply by changing the physical connection of the unit cells, or the unit work content can be changed. Since it is possible to change from the management device for each unit cell, it is easy to change the setup, and it is not an exclusive manufacturing device even though it is an automatic manufacturing system, and high-mix low-volume production and flexible order response become possible by changing the combination .
  • connection mechanism is not limited to the one using the bracket and the bolt, but may be one that can be connected by one touch, for example. The point is that when the casings of the unit cells are connected to each other, each transport device may be continuous so that the workpiece can be delivered.
  • the unit cell can convey the work only linearly, but, for example, by changing the conveying device, a unit cell capable of turning the conveying direction by a predetermined angle such as 90 ° or 180 ° is provided. I don't care. In that case, the loading port and the unloading port are respectively provided on the adjacent side surfaces of the housing or are provided on the same side surface. If such a unit cell is provided, the manufacturing line can be bent, and more efficient arrangement can be achieved. Furthermore, a sub-unit cell having only the transport device may be provided in the housing.
  • a teaching apparatus for example, a general-purpose PC for teaching a robot
  • An ID recognition device such as a bar code reader may be provided to be able to reliably determine the type of work or subsidiary product.
  • a bar code or the like may be attached to the work or the accessory.

Abstract

自動製造システムの利点を活かしながら、多品種少量生産や顧客ごとのカスタマイズ生産、あるいは一部自動化などにフレキシブルに対応できるようにする。搬入口６ａから搬入されたワークＷに所定の作業を施して搬出口６ｂから搬出する複数のユニットセル１０と、前記各ユニットセル１０の作業内容を個別変更可能に管理する管理装置９と、任意の一のユニットセル１０と任意の他のユニットセル１０とを切り離し可能に接続する接続機構８とを備えており、前記接続機構８によって任意のユニットセル１０同士を接続した状態において、一方のユニットセル１０の搬出口６ｂと他方のユニットセル１０の搬入口６ａとが近接又は当接対向し、前記一方のユニットセル１０の搬出口６ｂから搬出されたワークＷが、前記他方のユニットセル１０の搬入口６ａから搬入されるようにした。

Description

フレキシブル製造システム
　本発明は、ロボット等を利用して製品を自動製造する製造システムに関するものである。
　従来、ロボット等の自動作業機を利用して製造ラインを構成し、省力化や低ランニングコスト化等を図ることはしばしば行われている。
　しかしながら、このような自動製造システムは、一括した設備投資が必要となるためにある程度の受注数量が必要となるうえ、段取り替えの難しいリジッドな専用ラインとなるので、当該製造システムに合致した受注にしか対応できないという問題がある。
　そのため、種々のオーダへの柔軟な対応を必要とする場合や多品種少量生産の場合、あるいは投資額に限界がある場合は、上述した自動製造システムの導入は難しく、これはある意味不可避な問題であるとも考えられている。
特開２０１７－７４６３１号公報
　本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、自動製造システムの利点を活かしながら、多品種少量生産や顧客ごとのカスタマイズ生産、あるいは一部自動化などにフレキシブルに対応できるようにすべく図った画期的なものである。
　すなわち、本発明に係るフレキシブル製造システムは、搬入口から搬入されたワークに所定の単位作業を施して搬出口から搬出する複数のユニットセルと、前記各ユニットセルの単位作業内容を個別変更可能に管理する管理装置と、任意の一のユニットセルと任意の他のユニットセルとを切り離し可能に接続する接続機構とを備えており、前記接続機構によって任意のユニットセル同士を接続した状態において、一方のユニットセルの搬出口と他方のユニットセルの搬入口とが近接又は当接対向し、前記一方のユニットセルの搬出口から搬出されたワークが、前記他方のユニットセルの搬入口から搬入されるようにしてあることを特徴とするものである。
　このようなものであれば、各ユニットセルにそれぞれワーク搬送機能があるのでユニットセルの物理的なつなぎ方を変えるだけで搬送ラインを変更でき、あるいは、単位作業内容をユニットセルごとに管理装置から変更できるので、段取り替えが容易であり、自動製造システムでありながら専用装置とはならず、その組み合わせの変更によって多品種少量生産や柔軟なオーダ対応などが可能となる。
　また、ユニットセルすべてを接続する必要はなく、ユニットセル間もしくはその前後に人間を配して人手による作業を介在させることもできる。そのため、自動化が難しい一部の作業を人間に行わせることもできるし、ユニットセルを徐々に増設して段階的な自動化を図ることもできるので、無理のない設備投資による導入が可能となる。
　より具体的な実施態様としては、前記ユニットセルが、前記搬入口及び搬出口が形成された筐体と、該筐体内に設置されて前記作業を施すために用いられる一又は複数種類の内部機器とを備えたものであり、前記管理装置が、前記内部機器をユニットセルごとに個別に管理するものを挙げることができる。
　前記ユニットセルは、人間の動作を代替するものであるから、その内部機器には、少なくとも、人間の足としての機能、すなわちワークを搬出入する機能と、人間の目としての機能、すなわちワークを観察する機能と、人間の手としての機能、すなわち観察したワークに作業を施すための機能とが必要となる。
　そのために、内部機器として、前記搬入口から搬出口にワークを搬送する搬送装置と、前記搬送装置で搬送されるワークに対して作業を施すロボットと、少なくともワークを撮像可能な位置に設置されたカメラとが設けられていることが好ましい。
　また、ユニットセルを接続しただけで、ワークがユニットセル間を連続的に流れるようにするために、前記接続機構によってユニットセル同士を接続した状態において、一方のユニットセルの搬送装置と他方のユニットセルの搬送装置とが実質的に接続されるように構成することが望ましい。
　ユニットセルによる単位作業の変更を容易ならしめるには、前記管理装置が、外部機器と通信可能に接続されており、該外部機器からユニットセルの作業を制御するための共通形式の命令データを受け付け、これを各ユニットセルにおける内部機器特有のデータ形式に変換して、該内部機器に入力するインターフェース部を備えていることが望ましい。
　より好ましくは、前記命令データが、内部機器の種類に関わらず、共通パラメータ化された同一構造をなすものを挙げることができる。
　前記内部機器が、その動作状態や入出力情報など、当該内部機器に関するデータである内部機器データを送受信する通信手段を備えており、この通信手段がインターネットに直接的又は間接的に接続されていれば、スマートフォンやパソコンなどの汎用の端末機器を用いて、遠隔的にフレキシブル製造システムの動作を監視し、あるいは制御することができる。
　その具体的な態様としては、各ユニットセルには、前記内部機器の相互通信を可能とするローカルネットワークが形成されており、前記管理装置が、前記ローカルネットワークとインターネットとを接続するゲートウェイ機能を備えているものを挙げることができる。
　このように構成した本発明によれば、自動製造システムでありながら専用装置とはならず、ユニットセルの接続変更や管理装置からのユニットセルの単位作業変更という簡易な段取り替えだけで仕様変更ができるので、多品種少量生産や柔軟なオーダ対応などが可能となる。
　また、ユニットセル間に人手による作業を介在させることもできるので、自動化が難しい一部の作業を人間に行わせることもできるし、ユニットセルを徐々に増設して段階的な自動化を図ることもできることとなり、無理のない設備投資による導入が可能となる。
本発明の一実施形態におけるフレキシブル製造システムの全体を示す模式図。 同実施形態のフレキシブル製造システムにおけるユニットセルの内部を上方から視た模式的内部構造図。 同実施形態のフレキシブル製造システムにおけるユニットセルを搬入口側から視た模式図。 同実施形態のフレキシブル製造システムと外部機器との通信接続態様を示すネットワーク図。 同実施形態におけるエクセル形式の実行命令画面を示す画面構成図。 同実施形態における標準モジュール命令画面を示す画面構成図。 同実施形態において外部機器に表示される動作状況画面を示す画面構成図。 同実施形態におけるシミュレート画面を示す画面構成図。
１００・・・フレキシブル製造システム
１０・・・ユニットセル
１・・・筐体
２・・・ロボット
３・・・搬送装置
４１、４２・・・カメラ
６ａ・・・搬入口
６ｂ・・・搬出口
８・・・接続機構
９・・・管理装置
Ｗ・・・ワーク
Ｙ・・・外部機器
ＬＴ・・・ローカルネットワーク
ＩＴ・・・インターネット
　以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るフレキシブル製造システム１００は、図１に示すように、ワークＷに対して自動的に作業を施すユニットセル１０が複数接続されて構成されている。そして、各ユニットセル１０を部品や半製品などが通過するたびに、ワークＷに加工や仕分けなどの単位作業が施され、製品が製造されるようにしてある。
　そこでまずは、前記ユニットセル１０の構成について詳述する。
　各ユニットセル１０は、図１～図３に示すように、筐体１と、該筐体１内に配置されたロボット２、搬送装置３、３’、マシンビジョン４、各種センサ（図示しない）、作業台７１、７２等の内部機器とをそれぞれ備えている。
　筐体１は、ここでは例えば枠体６１と仕切り壁６２とからなる直方体形状のものであり、内部に作業空間が形成されている。
　この筐体１の一方の側面には、ワークＷを搬入するための搬入口６ａ（以下、第１搬入口６ａともいう。）が設けてあるとともに、他方の側面における搬入口６ａと対向する位置には、ワークＷを搬出するための搬出口６ｂ（以下、第１搬出口６ｂともいう。）が設けてある。
　なお、各ユニットセル１０における筐体１の大きさは、正面から見て、奥行き方向と高さ方向には共通であり、幅方向にはサイズの違うものが複数種類用意してある。
　ロボット２は、モータ等のアクチュエータ（図示しない）、アーム２１、ハンド２２等からなるロボット本体と、このロボット本体２３を制御するロボットコントローラ２４とから構成されたものであり、ここでは複数種類が用意されている。
　その１種類が、多関節アーム２１の先端部に交換可能なロボットハンド２２が取り付けられた６自由度ロボット２（ａ）であり、図１では、この６自由度ロボット２（ａ）が全てのユニットセル１０に設けられている。
　もう１種類が、より安価なガントリタイプのＸＹＺ直交３自由度ロボット２（ｂ）であり、図１では、一部のユニットセル１０にのみ、設けられている。なお、ユニットセル１０ごとに、ロボット２の設置数や種類、設置場所等を変えても構わない。
　搬送装置３は、前記第１搬入口６ａからワークＷを搬入し、ロボット２、２’による作業（加工）が施された作業後のワークＷを第１搬出口６ｂから搬出するものであり、ここでは水平方向に離間して配置した一対のローラ３１と、これらローラ３１間に架け渡された無端環状をなすベルト３２と、ローラ３１を回転させることによってベルト３２を周動させる駆動モータ（図示しない）とを備えたベルトコンベア式のものを用いている。なお、搬送装置として他の形式のものを用いても構わない。
　この搬送装置３は、その長手方向一端である搬送端が第１搬入口６ａと同じ、もしくはやや外側に突出するとともに、その長手方向他端である搬出端が第１搬出口６ｂと同じ、もしくはやや外側に突出するように配置されている。
　さらにこの実施形態では、この搬送装置３（以下、第１搬送装置３という。）の他に、図２に示すように、もう一つの同様の搬送装置３’（以下、第２搬送装置３’という。）が並設してある。そして、これら搬送装置３、３’の間に前記ロボット２が配置されている。
　この第２搬送装置３’は、ワークＷに組み付ける部品や材料の他、加工治具、部品箱、ロボットハンド等の副次品Ｘを搬送するためのものである。この副次品Ｘの搬出入のため、筐体１には、ワーク搬出入のための前記第１搬入口６ａ及び第１搬出口６ｂの横にそれぞれ、第２搬入口６ｃ及び第２搬出口６ｄが互いに対向するように設けてあり、前記第２搬送装置３’は、第１搬送装置３と同様、これら第２搬入口６ｃ及び第２搬出口６ｄ間に架け渡されている。
　マシンビジョン４としては、ここでは、ワークＷや部品等の２次元平面上での位置や姿勢を特定するために用いられる２Ｄビジョンと、ワークＷや部品等の３次元上での位置や姿勢を特定するために用いられる３Ｄビジョンの２つが設けられている。
　２Ｄビジョンは、筐体１の天井付近に設けられて予め定められた領域のみを撮像し続ける１又は複数の定点カメラ４１を利用して構成されている。
　３Ｄビジョンは、ロボットアーム２１の先端部に取り付けられて自在に移動し、その移動に応じた方向部位を撮像する移動カメラ４２を利用して構成されている。
　なお、各ユニットセル１０に、２Ｄビジョンと３Ｄビジョンの両方を設ける必要は必ずしもなく、いずれか一方のみを設けるようにしても構わない。
　作業台７１、７２は、この実施形態では、図２に示すように搬送装置３、３’の間であってロボット２をはさんだ両側に１つずつの計２つが設けられている。
　一方の作業台７１は、第１搬送装置３で搬送されてきたワークＷに作業を施す際に用いられるものである。ワークＷの種類や作業内容によっては、ロボット２がわざわざ作業台７１上で作業をせず、第１搬送装置３上で作業する場合もあるが、その場合は、この作業台７１は用いられない。
　他方の作業台７２は、第２搬送装置３’で搬送されてきた副次品Ｘを載置するためのものである。このような副次品Ｘを用いない作業の場合は、当該作業台７２は使用されない。
　センサとしては、ロボット２の動作状態等を検知するロボットセンサ（図示しない）の他、ワークＷの重量を検知する重量センサ（図示しない）や、当該ユニットセル１０で消費されている電力をセンシングする電力センサ（図示しない）等が設けられている。
　ロボットセンサとは、ロボットハンド２２の把持力をセンシングする力感センサや、ロボット２によるねじの締結トルクをセンシングするトルクセンサなどであり、ここでは、ロボット２にそもそも付帯しているものを用いている。力感センサは、例えばアーム把持部分に取り付けられたピエゾ素子等から構成したものであるが、このような力感センシング専用のセンサを設けず、ハンド２２の開閉アクチュエータ（モータ）を流れる電流から算出するようにしたものなどでもよい。トルクセンサも同様である。
　重量センサは、ここではワークＷが載置される作業台７１に取り付けられた秤であるが、このような重量センシング専用のセンサではなく、例えばロボット２がワークＷを把持して持ちあげたときの速度（あるいは加速度）やその時のモータ電流等からワークＷの重量をセンシングするようにしたものでもよい。
　前述したロボット２、搬送装置３、マシンビジョン４、センサといった各内部機器には、それぞれ通信手段である無線モジュール（図示しない）が取り付けられている。そして、図１、図４に示すように、この無線モジュールによって、これら各内部機器の出力データや入力データを互いに無線で送受信できるローカルネットワークＬＴが形成してある。
　なお、通信手段は無線モジュールに限られず、耐ノイズ性の高い有線モジュールを用いても構わない。
　各無線モジュールにはそれぞれ異なるＩＤ（例えば、ローカルネットワークアドレス）が予め割り振られており、このＩＤによって前記各機器が区別され、その出力データや入力データの種類やその送受信先等が識別される。
　例えば、ロボット２に対しては、ロボットコントローラ２４への制御データをロボットコントローラ２４のＩＤとともにローカルネットワークＬＴ上にのせることによって、無線モジュールを介してロボットコントローラ２４がその制御データを受信し、その制御データに基づいてロボット本体２３が制御されることとなる。
　力感センサであれば、力感センサの出力データがそのＩＤとともに無線モジュールを介してローカルネットワークＬＴ上を流れるので、受信側は、前記ＩＤによって力感センサの出力データであることを区別することができる。
　カメラ４１、４２であれば、その撮像画像データがカメラ４１、４２のＩＤとともにローカルネットワークＬＴ上を流れる。
　搬送装置３、３’においては、その搬送スピードや消費電力などがそのＩＤとともに無線モジュールを介してローカルネットワークＬＴ上を流れる。
　作業台７１、７２であれば、無線モジュールにＧＰＳなどの位置センサが取り付けられており、その設置位置情報が作業台７１、７２のＩＤとともにローカルネットワークＬＴ上を流れる。
　なお、このローカルネットワークＬＴの通信プロトコルに特段の制限はなく、既知の種々の形式を採用して構わない。
　以上がユニットセル１０の構成である。
　さらに、この製造システム１００は、任意の一のユニットセル１０を任意の他のユニットセル１０に接続する接続機構８と、各ユニットセル１０を個別かつ統合的に管理する管理装置９とを備えている。
　前記接続機構８は、図１に示すように、金属ブラケット状をなす横桟８１と、筐体１の縦枠６１における所定位置に設けられた取付部８２（より具体的には例えばねじ穴）とを備えたものであり、前記横桟８１を、一のユニットセル１０の縦枠１１１と他のユニットセル１０の縦枠６１とに跨るようにボルトなどで取り付けることによって、２つのユニットセル１０が、予め定められた一定の相対位置関係で（この実施形態であればそれらの側面同士が一定距離離間して、かつ正対するように）連結接続されるようにしてある。
　この接続機構８による接続状態においては、一のユニットセル１０の搬出口６ｂと他のユニットセル１０の搬入口６ａとが近接対向するとともに、一のユニットセル１０の第１搬送装置３の搬出端が他のユニットセル１０の第１搬送装置３の搬入端に近接するように構成されている。
　この状態では、搬送対象物が途切れなく連続的に搬送されるので、搬送という観点でみれば、第１搬送装置３同士が実質的に接続されているともいえる。
　同様にこの接続状態においては、一のユニットセル１０の第２搬出口６ｄと他のユニットセル１０の第２搬入口６ｃとが対向するとともに、一のユニットセル１０の第２搬送装置３’の終端が他のユニットセル１０の第２搬送装置３’の始端に近接して、これら第２搬送装置３’同士も実質的に接続されることとなる。
　前記管理装置９は汎用乃至専用のコンピュータであり、前記ローカルネットワークＬＴをインターネットＩＴに接続するゲートウェイ部としての機能を有している。
　このゲートウェイ部によって、各ユニットセル１０の各機内部機器（ロボット２、２’、搬送装置３、カメラ４、センサ等）が、インターネットＩＴに接続され、いわゆるＩｏＴ機器として機能することとなる。このことにより、インターネットＩＴに接続された携帯端末、パソコン、他のＩｏＴ機器等の外部機器Ｙと、ユニットセル１０の各内部機器との間でのデータのやり取りを可能ならしめ、ユニットセル１０の各機器の動作を外部機器Ｙによって監視したり、制御したりすることができるハードウェア構成にしてある。
　とはいえ、ユニットセル１０の各内部機器、例えば、カメラ４１、４２やロボット２、搬送装置３、３’などはそれぞれ固有のデータ通信形式を有しているので、外部機器Ｙから直接内部機器にアクセスするには手間がかかる。
　そこでこの実施形態では、当該管理装置９に、単なるゲートウェイ機能だけでなく、外部機器Ｙが有する標準的なアプリケーションやソフトウェアによって、各ユニットセル１０と独立してデータをやり取りできるようにするインターフェース部としての機能を設けている。
　このインターフェース部は、外部機器Ｙから各内部機器を制御するための共通形式のデータを受け付け、これを各内部機器特有のデータ形式にそれぞれ変換して内部機器に送信する制御用インターフェースと、各内部機器から送信されてくる特有の動作状況データを統合して、外部機器Ｙから監視できるようにする監視用インターフェースと備えている。
　制御用インターフェースは、各データを所定の区切り文字で区切った標準テキスト形式のデータ（例えばＣＳＶファイルやエクセルファイル等のデータ）を受け付け、これを変換して各内部機器に送信するものである。
　この実施形態においては、外部機器Ｙの画面に、図５に示すようなエクセル形式の実行命令画面が表示されるようにしてあって、ユーザーが外部機器Ｙにおいてこの実行命令画面の各レコードに指令動作を書き込んだエクセルファイルを送信すれば、その指令動作に基づいて内部機器が動作するようにしてある。
　より具体的に説明すると、この実行命令画面における１つのレコードが、単位ジョブ（１つの内部機器が行う最小単位作業）となるように構成されており、動作の順番はレコードの並び順となっている。また、１つのレコードにおいて、どの内部機器にどのような動作をさせるかは、当該レコードにおける予め定めた各フィールドに所定の数値やテキストを書き込むことによって設定することができる。
　また、上述した実行命令画面のフィールドを共通化するために、各内部機器のバラバラな機能に対する命令をパラメータ化し、すべて共通にするための標準モジュール命令画面も外部機器Ｙに表示できるようにしてある。この標準モジュール命令画面では、図６に示すように、各レコードが内部機器の入出力アドレスやコマンドを示しており、ユーザーが内部機器の入出力アドレスやコマンドを設定できるようにしてある。
　監視用インターフェースは、実際のロボット２、カメラ４、センサなどから送信されてくるデータを数値化乃至グラフ化して、図７に示すように、外部機器Ｙにおける所定の動作状況画面上に表示するものである。
　また、この実施形態では、前記管理装置にシミュレート機能をも付加している。
　このシミュレート機能によれば、図８にシミュレート画面の一例を示すように、コンピュータ上で各種ユニットセルを配置し、例えばＣＡＤなどで作成した仮想ワークに作業を施したときの当該フレキシブル製造システムの動作を仮想的に検証することができるようにしてある。このシミュレータは、インターネットを介して各種端末でも動作・閲覧することが可能である。
　しかして、このように構成したフレキシブル製造システムによれば、各ユニットセルにそれぞれワーク搬送機能があるのでユニットセルの物理的なつなぎ方を変えるだけで搬送ラインを変更でき、あるいは、単位作業内容をユニットセルごとに管理装置から変更できるので、段取り替えが容易であり、自動製造システムでありながら専用装置とはならず、その組み合わせの変更によって多品種少量生産や柔軟なオーダ対応などが可能となる。
　また、ユニットセルすべてを接続する必要はなく、ユニットセル間もしくはその前後に人間を配して人手による作業を介在させることもできる。そのため、自動化が難しい一部の作業を人間に行わせることもできるし、ユニットセルを徐々に増設して段階的な自動化を図ることもできることとなり、無理のない設備投資による導入が可能となる。
　さらに、ＩｏＴ機能を有しているので、このフレキシブル製造システムが設置された工場外から遠隔的に監視・制御することもできる。
　また、シミュレータ機能を有しているので、ユニットセルの組み合わせよって変化する種々の製造態様を、実際の導入前にコンピュータ上で確認できる。したがって、自動化したい作業の実証が容易にでき、自動化装置の導入が初めての場合でも、本製造システムで何ができるのか明確に把握できるなど、検討の手間を大幅に削減することができるようになる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　接続機構は、ブラケットとボルトによるものに限らず、例えば、ワンタッチで接続できるようなものでもよい。要は、ユニットセルの筐体同士を接続したときに、各搬送装置が連続し、ワークを受け渡しできるように構成されていればよい。
　また、前記実施形態において、ユニットセルは直線的にしかワークを搬送できなかったが、例えば、搬送装置を変更して、９０°や１８０°など、搬送方向を所定角度ターンできるユニットセルを設けても構わない。その場合、搬入口と搬出口とが筐体の隣り合う側面にそれぞれ設けられていたり、同一の側面に設けられていたりすることとなる。このようなユニットセルを設けておけば、製造ラインを曲げることができ、より効率的な配置を図れる。さらに、筐体内に搬送装置だけを有したサブユニットセルを設けてもよい。
　また、例えばロボットをティーチングするティーチング装置（例えば汎用ＰＣ）を設けてもよい。
　バーコードリーダなどのＩＤ認識装置を設けてワークや副次品の種別を確実に判断できるようにしてもよい。その場合はワークや副次品にバーコードなどを貼付しておけばよい。
　その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　自動製造システムの利点を活かしながら、多品種少量生産や顧客ごとのカスタマイズ生産、あるいは一部自動化などにフレキシブルに対応できる。

Claims (7)

  1. 　搬入口から搬入されたワークに所定の作業を施して搬出口から搬出する複数のユニットセルと、
    　前記各ユニットセルの作業内容を個別変更可能に管理する管理装置と、
    　任意の一のユニットセルと任意の他のユニットセルとを切り離し可能に接続する接続機構とを備えており、
    　前記接続機構によって任意のユニットセル同士を接続した状態において、一方のユニットセルの搬出口と他方のユニットセルの搬入口とが近接又は当接対向し、前記一方のユニットセルの搬出口から搬出されたワークが、前記他方のユニットセルの搬入口から搬入されるようにしてあることを特徴とするフレキシブル製造システム。
  2. 　前記ユニットセルは、前記搬入口及び搬出口が形成された筐体と、該筐体内に設置されて前記作業を施すために用いられる一又は複数種類の内部機器とを備えたものであり、
    　前記管理装置は、前記内部機器をユニットセルごとに個別に管理するものである請求項１記載のフレキシブル製造システム。
  3. 　前記内部機器として、前記搬入口から搬出口にワークを搬送する搬送装置と、前記搬送装置で搬送されるワークＷに対して作業を施すロボットと、少なくともワークを撮像可能な位置に設置されたカメラとが設けられており、
    　前記接続機構によってユニットセル同士を接続した状態において、一方のユニットセルの搬送装置と他方のユニットセルの搬送装置とが実質的に接続されるように構成してあることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル製造システム。
  4. 　前記管理装置は、外部機器と通信可能に接続されており、前記外部機器からユニットセルの作業を制御するための共通形式の命令データを受け付け、これを各ユニットセルにおける内部機器特有のデータ形式に変換して、該内部機器に入力するインターフェース部を備えていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル製造システム。
  5. 　前記命令データが、内部機器の種類に関わらず、共通パラメータ化された同一構造をなすものである請求項４記載のフレキシブル製造システム。
  6. 　前記内部機器が、動作状態や入出力情報など、当該内部機器に関するデータである内部機器データを送受信する通信手段を備えており、この通信手段がインターネットに直接的又は間接的に接続されている請求項２記載のフレキシブル製造システム。
  7. 　各ユニットセルには、前記内部機器の相互通信を可能とするローカルネットワークが形成されており、
    　前記管理装置が、前記ローカルネットワークとインターネットとを接続するゲートウェイ機能を備えている請求項６記載のフレキシブル製造システム。
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