JP2017196207A - 縫製システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被縫製物の縫製を行うミシン10と、被縫製物を着脱可能に保持し、保持した被縫製物をミシン10に対して位置決めして任意の縫製を行わせるロボットアーム30と、ミシン10とロボットアーム30とをそれぞれ定位置で固定支持する基台と70を備えている。
このように、ミシン10とロボットアーム30とが基台70に一体的に支持されているので、縫製システム100の移動を行った場合でも相対的な位置関係を維持することができ、一度、相対的な位置関係を設定すれば、移動後に再設定を不要とすることができる。
【選択図】図1
Description
しかしながら、上記従来の縫製システムでは、ミシンとロボットアームとが独立して設置されていることから、縫製システムの移動や再配置を行うと、相互間の位置に狂いが生じるため、ティーチングを全てやり直さなければならないという問題があった。
被縫製物の縫製を行うミシンと、
前記被縫製物を着脱可能に保持し、保持した被縫製物を前記ミシンに対して位置決めして任意の縫製を行わせるロボットアームと、
前記ミシンと前記ロボットアームとをそれぞれ定位置で固定支持する基台とを備えることを特徴とする。
前記ロボットアームは、クランプ治具を介して前記被縫製物を保持し、
前記ロボットアームと前記クランプ治具との間には、前記ロボットアーム側から着脱可能とし、前記クランプ治具を一定の姿勢で保持する連結構造が設けられていることを特徴とする。
前記クランプ治具が一定の姿勢で設置される設置部を有し、当該設置部に対して前記クランプ治具の設置作業を行う作業位置と前記設置部に設置された前記クランプ治具を前記ロボットアームに渡す渡し位置とに前記設置部を搬送する搬送装置を備え、
前記搬送装置は、前記基台の定位置に固定支持されていることを特徴とする。
前記基台の定位置に支持され、前記ロボットアームの可動範囲を示す標示装置を備え、
前記搬送装置は、前記作業位置が前記可動範囲の外側となり、前記渡し位置が前記可動範囲の内側となるように配置されていることを特徴とする。
前記搬送装置は、前記作業位置において前記設置部に設置された前記クランプ治具の姿勢及び向きと同じ姿勢及び向きで前記渡し位置において前記ロボットアームに前記クランプ治具を渡すことを特徴とする。
前記基台は、移動用の車輪を有することを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態である縫製システム100について図面に基づいて説明する。図1は縫製システム100の全体構成を示す斜視図である。
縫製システム100は、被縫製物の縫製を行うミシン10と、被縫製物を着脱可能に保持するクランプ治具20と、クランプ治具20を介して保持した被縫製物をミシン10に対して位置決めして任意の縫製を行わせるロボットアーム30と、クランプ治具20を一定の姿勢で設置する設置部41を移動させて、クランプ治具20をロボットアーム30に渡す搬送装置40と、ロボットアーム30の可動範囲を示す標示装置50と、これらの構成の動作制御を行うコントローラー60と、上記全ての構成をそれぞれ個別の定位置で固定支持する基台70とを備えている。
ミシン10は、下端部に縫い針を保持する針棒と、針棒を上下動させる針棒上下動機構と、縫い針に通された上糸を捕捉して下糸を絡める釜機構と、中押さえを上下動させる中押さえ機構と、上糸の引き上げを行う天秤機構と、上糸に張力を付与する糸調子器と、これらを格納又は支持するミシンフレーム11とを備えている。
なお、縫製システム100では、縫製中の被縫製物の移動をロボットアーム30が行うので,送り歯による布送り機構は有していないか、或いは、布送り機構を搭載している場合でも送り歯が針板よりも下降した状態で停止させられた休止状態に維持されている。
そして、ミシンフレーム11の正面側(図1は背面側を示している)には、天秤機構の天秤や上糸の案内経路を構成する糸案内、糸調子器等が設けられている。
また、ミシン10はいわゆるポストベッドミシンであり、水平釜がミシンベッド部における縫い針の下方の位置に立設されたポストベッドの上部に内蔵されている。
中押さえは、縫い針を遊挿する円筒部を備え、当該円筒部が縫い針の上昇時に被縫製物を上から押さえて被縫製物のばたつきを押さえる役割を有している。
中押さえ機構は、中押さえを縫い針と同周期であって縫い針に遅れて上下動を行うよう動作伝達を行う。これにより、縫い針の上昇に引っ張られて上昇しようとする被縫製物を押さえ、被縫製物からの縫い針の引き抜きを良好に行わせる。
図2はクランプ治具20の斜視図である。
クランプ治具20は、一方が他方に対して接離可能に支持された一対のクランプ部材とその接離動作を手動で行うトグル機構とからなる複数のクランプユニット21と、各クランプユニット21を支持するフレーム22とを備えている。
各クランプユニットのトグル機構はトグルレバーを備え、当該トグルレバーを一定方向に回動操作することで、クランプ部材が開いて被縫製物を一対のクランプ部材の間に挿入することができ、トグルレバーを逆方向に回動操作することで、クランプ部材が閉じてクランプ状態となる。
ロボットアーム30とクランプ治具20との間には、ロボットアーム30側から着脱可能とし、クランプ治具20を一定の姿勢で保持する連結構造が設けられている。この連結構造は、ロボットアーム30の先端部に装備されたマスタープレート31(図5参照)と、クランプ治具20側に装備されたツールプレート23とから構成されている。そして、このツールプレート23がクランプ治具20のフレーム22の背面側に固定装備されている。
ロボットアーム30は、土台となるベースと、関節で連結された複数のアームと、各関節ごとに設けられた駆動源としてのサーボモーター32と、各サーボモーターにより回転又は回動されるアーム角度をそれぞれ検出するエンコーダー33とを備える垂直多関節型のロボットアームであり、関節で連結された複数のアームの先端部には前述したマスタープレート31が装備されている。
マスタープレート31には、前述したツールプレート23を通じてクランプ治具20をロボットアーム30に対して決まった姿勢で装着することができる。
従って、ロボットアーム30は、目標位置が分かっていれば、被縫製物を保持するクランプ治具20を自在に受け取り、ミシン10を搬送することができ、クランプ治具20に保持された被縫製物の任意の縫製パターンを形成するための任意の針落ち位置にミシンによる針落ちを行わせることが可能である。
基台70は、直方体状の筐体であり、その上部に、ミシン10、ロボットアーム30及び搬送装置40を載置支持している。また、基台70の内部にはコントローラー60が格納されている。
そして、この基台70の底面の四隅には、縫製システム100全体を移動させるための車輪である四つのキャスター71が個別に装備されている。また、各キャスター71に隣接して、四つの接地脚部72を備えている。この接地脚部72は、縫製システム100を床面の定位置に保持するための昇降可能な接地板を有しており、キャスター71により縫製システム100を目的位置まで移動させた後には、接地板を下降させて目的位置に固定する。
従って、ロボットアーム30に対するミシン10及び搬送装置40の相対的な位置関係が一定に維持されるので、これらの位置関係を予め入力或いは教示することにより、ロボットアーム30は、搬送装置40から良好且つ安定的にクランプ治具20を受け取り、ミシン10にクランプ治具20及び被縫製物を搬送することができ、また、縫製完了後の被縫製物及びクランプ治具20を搬送装置40に戻すことができる。また、ミシン10による縫製時には、被縫製物に対して正確に針落ちが行われるように当該被縫製物を逐次位置決めすることができる。
標示装置50は、基台70の上部に固定設置された直方体のケースであり、当該直方体の各辺に沿って組み付けられた枠状の骨材と、骨材を覆う壁面材とから構成されている。なお、図1では、内部の構造を示すために、骨材のみを図示して、壁面材の図示は省略している。
この標示装置50の骨材及び壁面材によって区画されたその内部領域は、先端部に保持したクランプ治具20も含めてロボットアーム30全体の可動範囲を規定している。即ち、ロボットアーム30が動作する場合に、クランプ治具20も含めて全ての部位が標示装置50の内部領域から出ないように動作を行う。
搬送装置40は、クランプ治具20を一定の姿勢で設置する設置部41を備えており、当該設置部41に対してクランプ治具20の設置作業を行う作業位置と設置部41に設置されたクランプ治具20をロボットアーム30に渡す渡し位置とに設置部41を搬送する構成となっている。そして、搬送装置40は、その作業位置が標示装置50の外側に位置し、渡し位置が標示装置50の外側に位置するように配置されている。
図3は搬送装置40の断面図、図4は搬送装置40のターンテーブル43の平面図である。
搬送装置40は、図3に示すように、土台42と、土台42により垂直軸回りに回転可能に支持されたターンテーブル43と、ターンテーブル43の上面において垂直軸回りに回転可能に支持された二つの支持台44と、各支持台44の上面に設けられ、クランプ治具20を一定の姿勢で設置する設置部41と、各支持台44に同心で固定装備された従動プーリ45と、ターンテーブル43と同心で土台42の上面に固定装備された主動プーリ46と、主動プーリ46と各従動プーリ45との間に掛け渡されたタイミングベルト47と、ターンテーブル43の回転駆動源となる搬送モーター48と、搬送モーター48からターンテーブル43に回転力を伝達する伝達機構49とを備えている。
土台42の内部には、搬送モーター48と伝達機構49とが格納装備されている。伝達機構49は、搬送モーター48の出力軸に装備された小歯車491と、ターンテーブル43の支軸431に固定装備された大歯車492とからなり、搬送モーター48の回転が減速してターンテーブル43に伝えられる。
なお、搬送装置40は、ロボットアーム30の隣に配置されており、設置部41に設置されたクランプ治具20は、フレーム22の裏面側に設けられたツールプレート23がロボットアーム30側を向いた状態で設置される。従って、クランプ治具20のツールプレート23にロボットアーム30のマスタープレート31を容易に接続することができ、ロボットアーム30によるクランプ治具20の保持を容易に行うことができる。
主動プーリ46は、筒状であってターンテーブル43の支軸431が遊挿されている。また、この主動プーリ46は、土台42の上面に固定されており、その外径が従動プーリ45と等しくなっている。
例えば、図4に示すように、ターンテーブル43が反時計方向に90度回転すると、外力が働かなければ支持台44はターンテーブル43と同様に反時計方向に90度回転するが、実際には、従動プーリ45は主動プーリ46との間に掛け渡されたタイミングベルト47が時計方向に90度の回転を付与するので、支持台44は、回転が相殺されて、基台70から見ると向きを維持した状態となる。ターンテーブル43の回転方向や回転角度を変えた場合も全く同様のことが言えるので、結果として、ターンテーブル43がいかなる回転を行った場合でも、支持台44はその向きが維持される。
なお、図4では、一方の支持台44及び従動プーリ45のみを図示し、他方の図示を省略している。
従って、ターンテーブル43において180度の角度間隔で配置された二つの支持台44及び設置部41は、一方が作業位置の時に他方が渡し位置となるように配置されている。
また、搬送装置40は、各支持台44が作業位置にあるときに設置部41にクランプ治具20が設置された時の向きをそのまま維持して作業位置に搬送することができる。
図5はコントローラー60のブロック図である。
このコントローラー60は、ミシン10、ロボットアーム30及び搬送装置40の連携した動作制御を行う制御プログラムを含む各種のプログラムが格納されたROM62と、ROM62に格納された各種のプログラムを実行するCPU61と、CPU61の処理により各種データを格納するワークエリアとなるRAM63と、ロボットアーム30の目標位置や可動範囲等の前述の制御プログラムの処理に必要となる各種の制御データが格納された不揮発性メモリであるメモリ64と、ロボットアーム30の教示点、その他の各種の設定を入力するための例えばキーボード及びそのインターフェイスからなる入力手段65と、上記各構成の信号の送受可能に接続するバス66とを備えている。
なお、上記カウンタ331及びサーボ制御回路321は、ロボットアーム30の各関節のサーボモーター32ごとに個別に設けられているが図5では一つずつしか図示しておらず、それ以外のサーボモーター32及びエンコーダー33の図示を省略している。
上記コントローラー60は、以下に示す動作制御により、ミシン10、ロボットアーム30及び搬送装置40を連携して制御し、被縫製物の縫製制御を実行する。
まず、搬送装置40の動作制御について図6のフローチャートに基づいて説明する。
縫製中である場合には(ステップS1:YES)、空の設置部41を渡し位置に待機させた状態で、現在縫製を行っている被縫製物を保持したクランプ治具20が縫製の完了によってロボットアーム30を通じて空の設置部41に戻されたか否かを判定する(ステップS3)。
そして、クランプ治具20が空の設置部41に戻されるまで判定を繰り返し実行し、戻されると、ターンテーブル43を180°回転するように搬送モーター48を制御して、縫製済みの被縫製物を保持したクランプ治具20を渡し位置から作業位置に搬送する(ステップS7)。
これにより、作業者は、縫製済みの被縫製物を保持したクランプ治具20を設置部41から外して回収し、新たな未縫製の被縫製物を保持したクランプ治具20を設置部41に設置する作業を行うことができる。
そして、設置されていない場合には(ステップS3:NO)、ステップS1の処理に戻り、縫製中であるか否かを判定する(ステップS1)。
また、作業位置にある設置部41にクランプ治具20が設置された場合には、ターンテーブル43を180°回転するように搬送モーター48を制御して、未縫製の被縫製物を保持したクランプ治具20を作業位置から渡し位置に搬送する(ステップS7)。
これにより、ロボットアーム30が、未縫製の被縫製物を保持したクランプ治具20を保持することができ、搬送装置40からミシン10へ被縫製物を供給して縫製を行うことが可能な状態とすることができる。
次に、縫製時のロボットアーム30及びミシン10の動作制御について図7のフローチャートに基づいて説明する。
まず、コントローラー60に対して、ロボットアーム30の移動動作の軌跡を決めるために主要となる通過点のティーチングが行われる(ステップS21)。これにより、搬送装置40の渡し位置にある設置部41のクランプ治具20のツールプレート23に対してマスタープレート31を連結する位置、渡し位置とミシン10との間の移動経路、ミシン10に対するクランプ治具20の縫製開始位置等が設定される。
このティーチング作業は、入力手段65を通じて行われるが、各位置の入力の際には、ロボットアーム30が追従動作を行い、実際のロボットアーム30の先端位置を見ながら各位置の設定作業を行うことができる。
なお、コントローラー60に外部のネットワークとの通信手段を設け、ネットワークを通じて被縫製物に関する情報を記憶したサーバと接続して、IDに対応する縫製パターンやクランプ治具のサイズデータ等の取得を行っても良い。
また、ステップS21においてクランプ治具20のサイズデータが取得されているので、当該サイズデータに基づいて、ロボットアーム30がクランプ治具20を保持した状態で、標示装置50が定めた作業範囲内での動作が行われるように、ロボットアーム30の動作プログラムが生成される。
なお、ステップS21及びS23の工程は、同種の被縫製物に関する二回目以降の縫製の際には省略することができる。
そして、縫製完了枚数が縫製予定枚数に達している場合には(ステップS25:YES)、動作制御全体が終了となる。
待機していない場合には、同判定を繰り返し実行し(ステップS27:NO)、待機している場合には(ステップS27:YES)、ロボットアーム30に対して、そのマスタープレート31を、待機しているクランプ治具20のツールプレート23に連結する動作を実行させ、クランプ治具20を保持した状態で、ミシン10の縫い開始位置に搬送する(ステップS29)。
搬送装置40は前述した図6の動作制御に従って、設置部41のクランプ治具20を作業位置に搬送する。
なお、CPU61は、縫製完了枚数を毎回カウントしており、かかる縫製完了時に縫製枚数のカウントアップを行う。
以上のように、縫製システム100では、ミシン10とロボットアーム30とが基台70によって定位置で固定支持されているので、縫製作業におけるロボットアーム30の目標位置を一度設定すれば、その後は、縫製システム100を移動させた場合でも、基台70により、ロボットアーム30とミシン10との相対的な位置関係は維持されるので、縫製のための目標位置の設定作業をやりおなすり必要がなくなり、ティーチングやその他の設定作業の負担の軽減を図ることが可能となる。
また、縫製システム100は、搬送装置40も基台70の定位置に固定支持されているので、縫製システム100の移動後のロボットアーム30と搬送装置40との相対的な位置関係も維持することができ、システム移動後の目標位置の再設定作業を不要とし、ティーチングやその他の設定作業の負担のさらに軽減することが可能となる。
また、クランプ治具20は、被縫製物を平面形状に限らず、周面形状や曲面形状等の多彩な形状で保持することができ、これらの立体的形状に保持された被縫製物に対して、ロボットアーム30は任意に位置に任意の方向から針落ちさせることができるので、従来のミシンでは困難だった立体形状の被縫製物に対して良好な縫製を行うことが可能となる。
また、搬送装置40は、作業位置が可動範囲の外側となり、渡し位置が可動範囲の内側となるように配置されているので、クランプ治具20を設置する作業を可動範囲の外側で行うことができ、より効果的に作業者に対してロボットアーム30との接触を回避することが可能となる。
このため、作業者は、自己にクランプ治具20の正面を向けた状態で設置部41に対して設置作業を行うことができ、当該作業を容易に行うことができる。また、ロボットアーム30に対して直接受け渡す向きと同じ向きで設置部41にクランプ治具20を設置することができるので、設置作業時の向きの誤りを低減することが可能となる。
搬送装置40のターンテーブル43上の設置部41は、各プーリ45,46とタイミングベルト47の構成によりターンテーブル43の回転時にその向きを維持する構造となっているが、同じ効果を得られるのであれば他の機構を用いてもよい。
例えば、ターンテーブル43を下方から見た図8に示すように、各支持台44の支軸442の下端部には従動プーリ45に替えて従動歯車45Aを設け、土台42の上面の中心位置には主動プーリ46に替えて主動歯車46Aを設け、主動歯車46Aと従動歯車45Aの双方に噛合する伝達歯車47Aをターンテーブル43の下面に回転可能に設ける構成としても良い。この場合、主動歯車46Aと従動歯車45Aは、有効径と歯数が同一の歯車を使用する必要がある。なお、伝達歯車47Aは同一である必要はなく、双方に噛合可能な歯車であればよい。
この構成の場合も、ターンテーブル43が回転した場合に、支持台44にこれを相殺する回転を付与し、設置部41の向きを一定に維持することが可能である。
設置部41が、作業位置と渡し位置の二位置にある場合に、その向きが一致すれば良いので、その移動の間はいずれかの方向に回動を行っても良い。
例えば、上記搬送装置40のように、ターンテーブル43が180°の回転を行って作業位置と渡し位置との間を往復する構成の場合には、ターンテーブル43が180°回転すると相殺する方向ではなく同じ方向に支持台44を180°回動させる機構を搭載しても良い。具体的には、支持台44の支軸442の下端部に従動歯車を設け、土台42の上面に従動歯車に直接噛合する主動歯車をターンテーブル43と同心で設け、主動歯車と従動歯車とを同じ有効径且つ同じ歯数とする構成などが挙げられる。
また、作業者への認識が必須ではなく、ロボットアーム30の可動範囲を規定し、その内部に作業者の進退の一部又は全部が侵入したことを検出する手段であっても良い。その場合には、作業者の進退の一部又は全部が侵入したことを検出した場合に、ロボットアーム30の動作を停止させるように制御が行われることが望ましい。
その場合、上記読み取り装置は近距離無線情報端末を自動的に検出して通信を行うので、当該通信によりクランプ治具20の設置を検出することが可能となり、設置完了スイッチ401に替えて読み取り装置を利用することも可能である。
20 クランプ治具
23 ツールプレート(連結構造)
24 読み取り装置
30 ロボットアーム
31 マスタープレート(連結構造)
40 搬送装置
41 設置部
43 ターンテーブル
45 従動プーリ
45A 従動歯車
46 主動プーリ
46A 主動歯車
47 タイミングベルト
47A 伝達歯車
50 標示装置
60 コントローラー
65 入力手段
70 基台
71 キャスター(車輪)
100 縫製システム
Claims (6)
- 被縫製物の縫製を行うミシンと、
前記被縫製物を着脱可能に保持し、保持した被縫製物を前記ミシンに対して位置決めして任意の縫製を行わせるロボットアームと、
前記ミシンと前記ロボットアームとをそれぞれ定位置で固定支持する基台とを備えることを特徴とする縫製システム。 - 前記ロボットアームは、クランプ治具を介して前記被縫製物を保持し、
前記ロボットアームと前記クランプ治具との間には、前記ロボットアーム側から着脱可能とし、前記クランプ治具を一定の姿勢で保持する連結構造が設けられていることを特徴とする請求項1記載の縫製システム。 - 前記クランプ治具が一定の姿勢で設置される設置部を有し、当該設置部に対して前記クランプ治具の設置作業を行う作業位置と前記設置部に設置された前記クランプ治具を前記ロボットアームに渡す渡し位置とに前記設置部を搬送する搬送装置を備え、
前記搬送装置は、前記基台の定位置に固定支持されていることを特徴とする請求項2記載の縫製システム。 - 前記基台の定位置に支持され、前記ロボットアームの可動範囲を示す標示装置を備え、
前記搬送装置は、前記作業位置が前記可動範囲の外側となり、前記渡し位置が前記可動範囲の内側となるように配置されていることを特徴とする請求項3記載の縫製システム。 - 前記搬送装置は、前記作業位置において前記設置部に設置された前記クランプ治具の姿勢及び向きと同じ姿勢及び向きで前記渡し位置において前記ロボットアームに前記クランプ治具を渡すことを特徴とする請求項3又は4記載の縫製システム。
- 前記基台は、移動用の車輪を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の縫製システム。
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