JP5187048B2 - ハンドリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、物品を搬送するハンドリングシステムに関する。

組立工程、搬送工程といった作業工程は人手に頼っており、自動化が専用工具や治具が必要なことから困難となっている。
自動化できている工程においても、従来では、１台のロボットで１種類の作業を行うようにしてあることから、その部品に対応した専用把持装置が必要となる。作業工数、部品点数の多い組立、搬送工程には、非常に多くの専用把持装置を必要とする。このために製造部品数、作業工数に応じた専用装置を用意する必要があり、非常に多くのロボットや生産機械を必要とし、人手で作業していた現状のスペースでは自動化できず、生産ラインの所用スペースも非常に広いスペースが必要とされる。
また、加工機間搬送などの後工程へ搬送する工程では、通常、ランダムに並んだ大量の部品を作業がしやすいように所定の姿勢に整列させて、次工程へ搬送している。例えば、次工程へ部品の姿勢を変更させて搬送する場合、仮置き台や姿勢変更装置に一旦部品を載置し直すため、専用設備が必要となり、非常に広いスペースが必要となっていた。
大量に配列され、乱雑な状態で部品供給するような搬送工程は、パーツフィーダと呼ばれる装置によって整列させられたあと次工程に送られる。パーツフィーダは基本的に１種類の部品の取り扱いのみを目的として、要求される処理能力に対応したものがその都度設計、製作される比較的単純な機構の装置である。このため、それほど高度な処理能力を達成できないのが通常であるとともに、部品種の変更への対応性も低く、複数種類の部品を取り扱う必要がある場合には段取りに要する時間が長くなり、生産性の低下を招く問題がある。
以上のような現状を鑑み、専用装置を必要とせずに作業者が作業する程度のスペースで効率よく生産できるハンドリングシステムが要求されている。
従来のハンドリングシステムとしては、２つの水平多関節ロボットを用いたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
従来のハンドリングシステムは、２台の水平多関節ロボットと、これらの各ロボットの前方側に配置した組立作業台と、プラテンを移動させる搬送機器であるフリーフローコンベアと、ロボットの側方に配置した、小物部品を供給する部品供給台と、小物、中物部品を供給する部品供給機と、中物、大物部品を供給する部品供給機等とを組み合わせて構成し、これらのロボット及び周辺機器を制御する制御装置を備えているものが開示されている。
このハンドリングシステムは、単に物品の大小にあわせて搬送するロボットを使い分けるだけのものである。搬送物を整列させる方法としては、特に、複数種類の部品の取扱いが必要な場合や高度な処理能力が要求される場合、画像処理装置（ビジョン）を備えたロボットにより部品を整列させる方法が用いられている。すなわち、各部品の位置や姿勢に関する情報をＣＣＤカメラなどの視覚センサにより取得し、この情報に基づいてロボットの各アームを制御して、部品の整列作業を行わせる方法である。この方法では、部品種の変更に対応して動作プログラムを切替えるだけで各種部品の取扱が可能となるため、段取りに要する時間を短縮できるという利点がある。
しかしながら、ビジョンシステムが複雑であり、コストパフォーマンスの悪化を招く原因となるとともに、部品の整列という比較的単純な作業を必要以上に複雑化されたシステムで処理するため、処理能力を向上させることが却って困難になるという問題がある。
特開平６−３２０３６４号公報

従来のハンドリングシステムでは、予め決まったシーケンスを基に各々のロボットが部品を搬送するようになっているので、ランダムに並んだ部品を整列させて搬送するといった後の工程を考えた作業を行うことはできない。
また、ビジョンシステム含んだハンドリングシステムでは、ビジョンシステムを用いると、採光によりワークの見え方や輪郭の補正などが変化することになり、調整作業が煩雑になるといった問題が生じていた。
このように、これまでのハンドリングシステムでは、専用工具や治具を用いたり、ビジョンシステムを用いたりといったハンドリングシステムに特有の専用備品を備えることにより、実現を図ってきたが、昨今では、多品種少量生産に対応するような柔軟な装置構成の段取り換えを柔軟に行うことが望まれており、段取り換えを容易にできることや、1つのロボットの動作によって複数の機能を持たせることが望まれ、これまでのハンドリングシステムでは対応できないという問題が生じていた。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、段取り換えを容易にでき、1つのロボットの動作に複数の機能を備えたハンドリングシステムを提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本実施形態では次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、ワークと、前記ワークを搬入するワークストッカと、トレイと、前記ワークを搬送する産業用ロボットを備え、前記産業用ロボットは、前記ワークを搬送する腕部を旋回する旋回胴部と、前記腕部を揺動する肩部とを備えるとともに、前記ワークストッカと前記トレイとの間に配置されており、前記ワークストッカと前記産業用ロボットとの距離は、前記旋回胴部が、その正面が前記ワークストッカに正対するまで旋回することなく、前記ワークストッカに対して反対側の腕部が前記ワークに届くまで近接した距離である。
請求項２に記載の発明は、前記腕部に備えられたハンドの初期位置は、前記ワークストッカに納められた前記ワークと前記トレイの中心とを結ぶ直線上に位置するものである。
請求項３に記載の発明は、前記産業用ロボットは、双腕ロボットから構成され、前記ワークの配置された位置から遠い位置に配置された前記腕部により前記ワークを把持するものである。
請求項４に記載の発明は、前記産業用ロボットの腕部は、冗長軸を含む7軸以上の軸を備えているものである。

請求項１から４に記載の双腕ロボットを用いることにより、双腕ロボットをワークストッカと搬出台の間に配置するように、双腕ロボットを狭所に配置することができ、生産ラインの所用スペースを小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１に本発明にかかる双腕ロボット１１について説明する。
基台１を図示しないアンカーボルトで固定し、この基台１上に旋回胴部２を鉛直面内で旋回自在に搭載している。この旋回胴部２の正面図左側には右腕部３Ｒが設けてあり、右肩部４Ｒが水平面内で旋回可能に設けてある。この右肩部４Ｒには右上腕Ａ部５Ｒを揺動可能に設けている。この右上腕Ａ部５Ｒ先端には右上腕Ｂ部６Ｒを設けている。なお、この右上腕Ｂ部６Ｒは旋回する捻り動作が付与されている。さらに右上腕Ｂ部６Ｒ先端に右下腕部７Ｒを揺動可能に設けている。この右下腕部７Ｒ先端には右手首Ａ部８Ｒその先端に右手首Ｂ部９Ｒを設けている。なお、この右手首Ａ部８Ｒは旋回する捻り動作、右手首Ｂ部９Ｒは曲げ動作を行う旋回動作が付与されている。前記右手首Ｂ部９Ｒ先端には右フランジ１０Ｒが設けてあり、図示しないハンドが接続可能となり、捻り動作が付与されている。上面からみて右側には上記同様に左腕部３Ｌが設けてあり、左肩部４Ｌ、左上腕Ａ部５Ｌ、左上腕Ｂ部６Ｌ、左下腕部７Ｌ、左手首Ａ部８Ｌ、左手首Ｂ部９Ｌ、左フランジ１０Ｌが設けてある。
このような構成において、旋回胴部２、右腕部３Ｒ、左腕部３Ｌを動作させることによって、左右手首フランジ１０Ｒ，１０Ｌに装着される先端部にはハンドが取り付けられるように処理されたことを特徴とする。

図２に前記双腕ロボット１１を使用した具体的な部品の位置決め方法について説明する。
双腕ロボット１１は、図面左から流れてきたワークストッカ１２に保管されているワーク１３を図面右のトレイ１４に右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌによりワーク１３の持ち直し動作を行いながら搬送し、トレイ１４に位置決めするものである。双腕ロボット１１はワークストッカ１２とトレイ１４の間に配置されている。双腕ロボット１１の左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌはワークとトレイの中心とを結ぶ直線上に、初期位置として配置されており、ワーク１３をワークトレイ１２からトレイ１４に直線移動させることで搬送時間を短縮するように構成されている。
このように配置は、双腕ロボット１１の旋回胴部２に左右腕部３Ｒ、３Ｌを近づけられるように左右腕部３Ｒ、３Ｌが冗長軸を有する７軸から構成されることで、ワークストッカ１２およびトレイ１４と双腕ロボット１１の距離は、双腕ロボット１１の可動範囲よりも短く、ワークの配置位置に対して反対側の腕部がワーク３に届くほどに接近しているようにワークストッカ１２およびトレイ１４は密集して配置されている。例えば、図２および図３からわかるように、左腕部３Ｌを動作させることにより、ワークストッカ１２に納められたワーク１３を把持することが可能である。
図３から図７を用いてワーク搬送動作について説明する。はじめに図３では、ワークストッカ１２に納められたワーク１３が左腕部３Ｌを用いて取り出される動作について示している。双腕ロボット１１は基台１に対して旋回胴部２がワークストッカ１２の方向に所定の角度旋回するとともに、左腕部３Ｌは、図２に示される初期姿勢からワーク１３を取り出すように各軸を所定の角度回転させて取り出し姿勢を形成する。そうすることで左腕部３Ｌのフランジ１０Ｌに取り付けられた左ハンド１５Ｌはワーク１３を把持する。この時、右腕部３Ｒは初期姿勢を形成しているか、もしくは左腕部３Ｌの移動軌道に干渉しない位置に配置されるように姿勢が形成されている。この時、ワーク１３はワークストッカ１２内で、ある程度整列されて配置されているが、正確な位置に配置されているものではなく、左ハンド１５Ｌが把持できる程度に配置されている。
次に、図４に示すように、ワーク１３を左ハンド１５Ｌで把持した状態で、ワーク１３をワークストッカ１２から引き出す。その際に右手首フランジ１０Ｒに取り付けられた右ハンド１５Ｒをワーク１３に添えるように右腕部３Ｒは各軸を所定の角度回転させて、ワーク１３に添える姿勢を形成する。図５に示すように、ワーク１３を左ハンド１５で把持した状態で右ハンド１５Ｒがワーク１３の所定の位置（ワーク１３の中央部）になるように左腕部３Ｌの姿勢を形成し、右ハンド１５Ｒがワーク１３のある方向(図面上方向)に微動するように右腕部３Ｒの姿勢を形成し、不図示の接触センサによりワーク１３と右ハンド１５Ｒの端部が接触した時点で右ハンド１５Ｒによりワーク１３を把持する。次に、左ハンド１５Ｌはワーク１３を放し、左ハンド１５Ｌがワーク１３のある方向（図面左方向）に移動し、不図示の接触センサによりワーク１３と左ハンド１５Ｌの端部が接触した時点で左ハンド１５Ｌは再度、ワーク１３を把持する。
この時、ワーク１３を把持した右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌの各軸の回転位置は、所定の位置からワーク１３のずれ量分だけ誤差を有しており、設置するトレイまでの目標位置にこのすれ量分だけの誤差を重畳して新たな目標位置として、右腕部３Ｒおよび左腕部３Ｌの各軸を移動させる。
また、左ハンド１５Ｌがワークストッカ１２の中のワーク１３を把持した際には、正確な位置を把持していることから持ち変え作業を行うことなく、ワーク１３をトレイ１４へ搬送する。
ここで、本発明ではハンド端部とワークの接触を不図示の接触センサを用いて行うこととしたが、これに限られるものではなく、接触を検出するセンサであれば、同じ機能を有する近接スイッチなどのでも良い。または接触することで腕部に作用する負荷の変動による各軸を駆動するアクチュエータの電流や電圧から求めることもできる。
次に、図６に示すようにワーク１３を左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌで把持して左右腕部３Ｒ、３Ｌの姿勢を保持したまま、基台１に対してトレイ１４の方向に旋回胴部２を旋回させる。
上記、図５の説明で左右ハンド１５Ｒ、１５Ｌの持ち変え動作を旋回胴部２が停止した位置で行っているかのごとく説明したが、図５から図６へ旋回胴部２が所定の位置に移動している間に持ち変え動作を行って良く、その場合は、時間の短縮を図ることができる。
最後に、図７に示すようにトレイ１４にワーク１３は配置されるように左右腕部３Ｒ、３Ｌは所定の姿勢を形成する。
本実施例では、矩形のワークを例に説明したが、これに限定されるものではなく、直方体や異形形状の物でも良いことは当然である。

双腕ロボットの正面図 搬送システムの斜視図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図 双腕ロボットによるワーク搬送を示す図

符号の説明

１ 基台
２ 旋回胴部
３Ｒ 右腕部
３Ｌ 左腕部
４Ｒ 右肩部
４Ｌ 左肩部
５Ｒ 右上腕Ａ部
５Ｌ 左上腕Ａ部
６Ｒ 右上腕Ｂ部
６Ｌ 左上腕Ｂ部
７Ｒ 右下腕Ａ部
７Ｌ 左下腕Ａ部
８Ｒ 右手首Ａ部
８Ｌ 左手首Ａ部
９Ｒ 右手首Ｂ部
９Ｌ 左手首Ｂ部
１０Ｒ 右フランジ部
１０Ｌ 左フランジ部
１１ 双腕ロボット
１２ ワークストッカ
１３ ワーク
１４ トレイ
１５Ｒ 右ハンド
１５Ｌ 左ハンド

Claims (4)

1. ワークと、前記ワークを搬入するワークストッカと、トレイと、前記ワークを搬送する産業用ロボットを備え、
   前記産業用ロボットは、
   前記ワークを搬送する腕部を旋回する旋回胴部と、前記腕部を揺動する肩部とを備えるとともに、前記ワークストッカと前記トレイとの間に配置されており、
   前記ワークストッカと前記産業用ロボットとの距離は、
   前記旋回胴部が、その正面が前記ワークストッカに正対するまで旋回することなく、前記ワークストッカに対して反対側の腕部が前記ワークに届くまで近接した距離であることを特徴とするハンドリングシステム。
2. 前記腕部に備えられたハンドの初期位置は、前記ワークストッカに納められた前記ワークと前記トレイの中心とを結ぶ直線上に位置することを特徴とする請求項１記載のハンドリングシステム。
3. 前記産業用ロボットは、双腕ロボットから構成され、前記ワークの配置された位置から遠い位置に配置された前記腕部により前記ワークを把持することを特徴とする請求項１または２に記載のハンドリングシステム。
4. 前記産業用ロボットの腕部は、冗長軸を含む7軸以上の軸を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のハンドリングシステム。

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