JPH05501169A - 材料処理システム - 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】 材料処理システム 発明の分野 本発明は、アッセンブリセルのような材料処理システムに関する。ロボットの使 用が、各種生産工程で急速に普及している。このようなロボットの使用例は、ア ッセンブリセルで見受けられる。アッセンブリセルは、工場の生産ラインに設け られ、製品や、このような製品の一連の系列の自動組立てを行っている。システ ムに要求される複雑さに応じて、いくつかの一般的なロボット制御システムのう ちからひとつを選択できる。

発明の背景 従来の材料処理システムはロボット、制御システムおよび一群の周辺ハードウェ アから構成される。制御システムは、ロボットコントローラと、このロボットコ ントローラとの交信能力があり補助的なハードウェアを制御するプログラマブル ロジックコントローラを含んでいる。

別の既知のアッセンブリシステムは、アッセンブリ作業で特定の仕事をする多く のロボットを持っている。

発明の概要 本発明は、本発明が適用される材料処理システムに対しさらに大きな柔軟性を与 える制御システムを含む材料処理システムを提供する。例えば、材料処理システ ムがアッセンブリセルの場合、本発明は所定の（製品の）範囲で、組立て予定の 特定の製品をシステムのオペレータが必要に応じて選択できるひとつの系列の製 品を全体的に自動化し組立てることができる方法により制御できるシステムを提 供する。さらに、わずかな人手の介入により再構成することで、このシステムは 、まったく別の製品の範囲に対しても同じ機能を働かせなければならない。

本発明の材料処理セルは、システムコントローラと、第１のタイプの材料処理機 能を遂行する交換可能なエンドエフェクタを有する第１の制御されるユニットと 、第２のタイプの材料処理機能を遂行する交換可能なエンドエフェクタを有する 第２の制御されるユニットと、少なくとも一つの処理対象物に関する位置データ を前記システムコントローラに供給するセンサシステムとを有する材料処理セル であって、前記第１と第２の制御されるユニットはそれぞれ専用のユニット制御 デバイスを有し、該ユニット制御デバイスは、コマンド信号を受けるべく前記シ ステムコントローラと接続されており、前記第１と第２の制御されるユニットが それぞれの材料処理機能を同時に遂行可能とされるべ（それぞれプロセッサを有 することを特徴とする。

図面の簡単な説明 本発明のよりよき理解のため、およびそれがどのように作用するかを示すため、 例示としての添付図面を参照して説１明する。

第１　（ａ）、１（ｂ）および１（Ｃ）図は通常の制御システムの概略図である 。

第２図は、本発明の一実施例によるアッセンブリセ第４図は、第２図および第３ 図で示したアッセンブリセル用の制御システムの概略図である。

発明を実施する最良の形態 第１　（ａ）図に示したシステムは、多くの簡単なスタンドアロン型ロボットシ ステムで使われる代表的な制御システムである。ロボットシステム１はロボット ２と一群の周辺ハードウェアを含む。ロボットコントローラ３はロボットのアー ムを駆動するだけでなく、一般に簡単な入出力装置４を通じて周辺ハードウェア を制御する。

第１　（ｂ）図は入出力容量が拡張されたシステムを示す。ロボットシステム２ １は、ロボットコントローラ２３で駆動されるロボット２２を含む。しかしなが ら、この場合、マイクロコンピュータ２４が入出カライン２５を介して補助的な ハードウェアを制御している。

しかし、第１（ｂ）図に示したシステムでも、システムの複雑さが増加するにつ れ、コントローラの中央処理ユニットがその多くの時間を補助的なハードウェア を制御するために使うことになる。それゆえ、この処理負荷をいくらかでも軽減 する装置を第１（ｃ）図に示す。このシステムでは、ロボット４１がロボットコ ントローラ４２で駆動され、一方、ロボットシステム４３の周辺ハードウェアは 、入出カライン４４を介してプログラマブルロジックコントローラ４５で駆動さ れる。このプログラマブルロジックコントローラ４５はロボットコントローラを も制御する。プログラマブルロジックコントローラは交信能力を備え、また、そ れゆえに、このシステムは簡単なエラー回復戦略を作る能力を備えている。

しかし、上に述べた制御装置はいずれも、以下に説明し第２図と第３図で示すよ うな複雑なセルに対して、費用対効果的に、対処できるようになっていないし、 さらに知的なエラー回復戦略や適応学習戦略を作る能力を備えていない。

第２図は、本発明のアッセンブリセルを示し、明瞭化のために、いくつかのセル の部品は省略されている。アッセンブリセル１００は、直線振動フィーダ１０１ 　、１０２　、および部品供給用搬送システム１０３を含む。アッセンブリセル はさらに部品供出用の搬送装置（不図示）と組立てられた製品を取除く垂直デス タッカ−（不図示）を含む。さらに、セル内のステーション間で部品を搬送する シャトル（不図示）が備えられている。これらの構成要素は材料取扱いシステム を含み、供給部品を正確な時刻に、正しい場所へ確実に運び、組み立てられた製 品を移動する。

組立て作業と挿入作業の主要な部分は４軸マニピユレータ１０６が行う。さらに 、能動２軸取付具（ｆｉｘｔｕｒｅ　、不図示）も具備できる。なぜなら、欧州 特許公開第０２６６０５６号公報に一般的に記載されているように、動作軸の分 配配置により、分配された動作軸が並行作業を行い、セルの効率的な使用ができ るからであり、それゆえサイクル時間を短縮する。主マニピュレータ１０６の垂 直方向の運動でもっておこなわれるべき挿入作業や組立て作業のすべてを許容す るために、処理物を保持したり配向したすすべくこの能動２軸取付具を用いても よい。この能動取付具と主マニピュレータ１０６とは、−緒になってセルに、要 求される完全６自由度を与える。

マニピュレータ１０６には、制御された追従装置Ｉ０８、例えば、欧州特許公開 第０１９１２４６号公報で開示されているエンドエフェクタが具備される。エン ドエフェクタ１０８は、例えば、３つの別々のグリッパフィンガ組を含むグリッ パタレットを組込むことができる。さらに、このマニピュレータは、欧州特許公 開第０１６１１１９４５号公報に開示されるように、グリッパフィンガ交換装置 １０９（第３図参照）を含む。エンドエフェクタ１０８とグリッパフィンガ交換 装置１０９は、特に多様な挿入作業を可能にさせその正しさを検査することが要 求され、および別の組立て作業用にセルを再構成することが可能なことが必要と される。セルには、また特別なグリッパのオプションを具備でき、エンドエフェ クタにユーザ規定の機能を組み込むことができる。この機能には、例えば吸入動 作、磁力動作あるいは比例制御を含ませることができる。

要求される組立て作業の大半は主マニピュレータ１０６と能動取付具により行わ れるが、セルには、さらに動力作業マニピュレータ１１０が具備される。ロボッ トアッセンブリセルで、必要とされる作業を全部行えるひとつのマニピュレータ を具備する有利性が長らく考えられてきた。しかし、一方で、組立て作業と挿入 作業の点からはマニピュレータは高速で動けるように重量が軽いことが重要であ り、動力作業の点からはマニピュレータは高い力導入能力を持つことが最も重要 であり、それゆえ、大きな構造的質量と剛性とが要求される。

したがって、２つのマニピュレータの間のこれらの作業の分配により、これら２ つの機構が、それらが実行すべき特別な作業にふされしいすぐれた性能をもつこ とを可能にする。さらに、２つのマニピュレータで作業が並行して行える長所が あり、これゆえ組立てサイクル時間を短縮できる。

動力作業マニピュレータ１１０はエンドエフェクタ１１３を備えている。このエ ンドエフェクタは、ある範囲の自動交換可能動カニ具を組み込める。それゆえ、 動力作業マニピュレータ１１０は、ブレスばめ、ねじ締め、リベット締め等に使 用できる。

セルはさらに一群の探触子センサ（ｐｒｏｂｅ　５ｅｎｓｏｒｓ）を持つ感知シ ステム１１２を備えている。

これらのセンサの機能は、例えば、不正確な部品フィーダあるいは部品加工許容 差から生じる固有の不確実性を解決することである。適正なシステムは、欧州特 許公開第１９４３８６号公報にさらに詳しく開示されている。

セルは、ある範囲のサイズのモジュール化されたブロックから構成され、これに よって、ある範囲の製品のサイズが適用され得る。また、使用法や条件に応じて セルの機能面での変更が行える。例えば、２軸取付具のかわりに単軸適応取付具 を具備でき、あるいは、別の材料取扱い構成にすることができる。代わりに、あ るいは付加的に、視覚あるいは触覚画像処理技術を用いた高級な感知システムを 、上述したセンサシステムと共に組み込むことができ、探触子センサの検出範囲 をこえたさらに複雑な不確実性を解決し得る。この感知システムは前段の粗く組 立てられた機構（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）で、表面の欠陥や主要特色部の位置につ いての部品の検査のために使うことが可能であろう。

このように、セルのモジュールは、要求されるセルの機能に応じて加えたり減ら したりできる。

第３図は第２図に示したセルの概略図である。セルは、貯蔵域Ｓ１組立て域Ａ、 動力作業域Ｐおよび２つのパークＰａに分かれている。貯蔵域Ｓは３つのセクシ ョンＳＬ、　Ｓ２およびＳ３に分かれ、それぞれ別の部品が格納でき、組立て域 Ａは５つのセクションＡＩ、Ａ２゜Ａ３．Ａ４およびＡ５に分かれ、動力作業域 ＰはＰＩ、　Ｐ２の２つのステーションを含んでいる。第１のパークはさらに２ つのステーションＰａｌ　、　Ｐａ２を含み、ステーションＰａ２は回転台（タ ーン・テーブル）１１４の形態をしている。主マニピュレータ１０６は頭上のガ ントレ（ｇａｎｔｒｙ）　１１５　（第２図に示す）に沿って移動自在なので、 組立て域Ａ１からＡ５のどのステーションにおいても主マニピュレータは作業で きる。同様に、動力作業マニピュレータ１１０は、ガントレ１１５に沿って自由 に移動できるので、動力作業域のどちらのステーションＰＬ、　Ｐ２においても 作業できる。シャトル１１６は、各ステージジン問および各載量での部品搬送用 に具備される。第３図では、さらにグリッパフィンガ交換装置１０９および動力 作業マニピュレータ１１０の工具交換用の同様の装置１１ｇが示されている。ま た、第３図にはセンサの探触子１１２が示されている。もし必要なら、各作業間 で部品を格納するためにパーク域ＰａｌないしＰａ３が使われ、一方、回転台１ １４によりフィーダより供給される部品の正しい方向付けが確実に行われる。

第４図は第２図と第３図に図示されたセルの制御システムの概略図である。上述 のようにセルは、マニピュレータ１０６、追従型エンドエフェクタ１０８、動力 マニビュレータ１１Ｏ１−組の探触子センサ１１２　、およびシャトル１１６と フィーダ１０１，１０２とを含む複数の材料取扱い装置１１９等のような多数の 個別のモジュールを有する。望むなら、付加ユニット１２０．１２１を適宜、加 えても良い。各モジエールは、各々、ユニット制御デバイスを有する。最も高い レベルにおいては、各ユニットは、必要な機能の同じ程度のものを具備している 。

各制御デバイスにおいて、一つの動作または一連の動作のソフトウェア指令が、 ハードウェアに伝達され、実行される。例えば、マニピュレータの場合、単に、 一つの軸をある角度の間で移動させるだけの命令である場合もある。同様に、マ ニピュレータとエンドエフェクタとに対して、同時に指令が発生し、コンプライ アンスを使用することが多い複雑な挿入作業が実行される。両者の場合、動作状 態を一つのセンサ、または、複数の異なるセンサによって監視する。より複雑な 場合には、各センサの出力を集中処理し、解読して、実行可能な意味のある状態 表示文が作成される。

例えば、この状態表示文は、システムが次の動作に進むことができることを示す 場合があり、また、その代りに、センサの出力が期待されたものでなかった場合 は、状態表示文は、同じ動作のくりかえしの命令か、または一連のステップのや り直しの命令である場合もある。

探触子センサの場合、モジュールは、センサからの信号を受信する処理装置を含 むユニット制御デバイスを有する。探触子センサは、処理装置によって制御され ない、当該処理装置によって、信号発生時のマニュピユレータの座標位置と共に そのセンサから受信した信号に基づいて、探触子センサに接触する対象物の位置 および／または方向が計算される。

システムは、監視装置１２２を有する。この監視装置１１２と一体となって、セ ンサインテグレーションモジエール１２３が形成されており、このモジュール１ ２３は、ユニット制御デバイスのセンサシステムと探触子センサモジュールの処 理装置とに作動可能に接続され、センサに接触する対象物の算出された位置およ び／または方向に相当する信号を処理装置から受ける。監視装置１２２はまた、 ユーザインタフェース１２４に接続されている。インタフェース１２４によって 、例えば、プログラミングやスケジューリング等のユーザからシステムへの有効 な通信や、例えば、セルの状態報告や故障診断等の、セルからユーザへの有効な 通信が、セルの中に配置された端末機１２６を介して可能になる。

ユーザインタフェース１２４は、ローカルエリアネットワーク１２５に接続され 、当該ネットワーク１２５自体は、他の工場マネージメントシステムに接続させ ることができる。

このようにして、制御ループは、制御システムの中のより高いレベルからの指令 を受け、状態のレポートを、より高いレベルに伝達し返す能力がある。個々のモ ジュールが、相互に伝達し合うことは、全くない。

さらに、それ自体の中にセンサや制御ユニットを有する高レベル画像処理装置の ような付加的なモジュールが容易にシステムに加えられ得る。そして、各ユニッ トは、それ自体の機能を遂行するのに要する正しい量の知能を備えることができ 、この遂行可能な機能には、通常、ＰＬＣによる制御に関連する機能が含まれる 。各ユニットが処理演算を並行して実行する能力があることを要するので、各ユ ニット制御デバイスにはトランスピユータ（ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ）が組込まれ 、あるユニット制御デバイスのためのトランスピユータの処理能力は、そのユニ ットが必要とする知能によって決まる。

セルを使用中は、組立取付具は貯蔵域Ｓに入れられ、シャトル１１６によって、 作業域に持出される。シャトル１１６は、取付具が保持される作業時の高さまで 取付具を持上げるための持上げ機構を有する。一つの取付具の上で、多数の組立 て作業が行われるように意図されている。製品の物理的大きさによって、実際の 組立て作業の数が決まる。加工作業は、組立て取付具が、主組立て域の中にある ステーションＡｌＮＡ３のうちの一つに配置されることから始まる。振動フィー ダ１０１、１０２からか、あるいは、シャトル１１６によってその領域に持出さ れ、隣接するステーションのうちの一つに配置された部品パレットから取付具の 中に部品が配置される０例えば、Ａ２の位置に配置された組立て取付具では、付 加的な部品はＡｌまたはＡ３（または両方）に置かれる。さらに、異なる部品が 必要となったときは、空の部品パレットがシャトルによって取替えられる。この 工程は、動力作業マニピュレータ１１０を用いる必要のある作業が要求されるま で続（。そして、取付具がシャトル１１６によって動力作業域Ｐｉまで移動され 、新しい取付具が主組立域のＡ２へともたらされる。

かくて、両方のマニピュレータが並行して作動する。

主マニピュレータ１０６により、および／または動力作業マニピュレータ１１０ による作業中に、使用中のエンドエフェクタを交換して、異なる機能を遂行でき るようにしてもよい。動力作業動作が終了すると、第１の取付具を主組立域の中 のＡ４の位置まで完成のために移動させ、一方、第２の取付具を動力作業のため にＰＩまで移動させる。そして、主マニピュレータ１０６がＡ４で終了した時、 第３の取付具をＡ２に持出して用意する。

一般に、三つの取付具で充分であると考えられている。すなわち、二つは作業中 のものであるが、第３のものは待機中のものである。機械監視装置１２２は、こ の工程のスケジューリングを自動的に発生する。ユーザは、ただ、組立てに部品 を入れる順序と、特別な作業が行われる領域を特定しさえすれば良い。監視装置 上で実行され、端末機１２６のスクリーン上に表示される簡単なシミュレーショ ン処理によって、ユーザはシーケンスの妥当性を検査することが可能となり、組 立て処理のサイクル時間を発生させることができる。

アッセンブリセルに関連して、本発明を述べたが、本制御構造は、同様に、多く の異なる材料処理システ浄書で内容に変更なし） ムに用いるのに適している。このようなシステムは、例えば、検査および試験シ ステム、建設工業システム、医療応用、粘着および密封剤調剤、および縫製処理 の制御を含む各種織物への応用を含む。

ＦＩＧ　３ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９０１００９９６ 特願平２−５０９７５８号 ２、発明の名称 材料処理システム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 マニュファクチュアリング　ジョイントベンチャーズ　インターナショナル　リ ミテッド（国籍）英　国 東京都港区赤坂５丁目１番３１号 第６セイコービル　３階 平成４年９月２１日（発送日：平成４年１０月２０日）６、補正の対象 国際調査報告　、、ｒＴｌｒ、。、１．。、。。。

１＋＋＋＋ｍ＋＋ｌＡ＋ｌｌ＋ｌ＋Ｎ＋　ＰＣＴ／ＧＢ　９０１００９９６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．システムコントローラと、 第１のタイプの材料処理機能を遂行する交換可能なエンドエフェクタを有する第 １の制御されるユニットと、 第２のタイプの材料処理機能を遂行する交換可能なエンドエフェクタを有する第 ２の制御されるユニットと、 少なくとも一つの処理対象物に関する位置データを前記システムコントローラに 供給するセンサシステムとを有する材料処理セルであって、 前記第１と第２の制御されるユニットはそれぞれ専用のユニット制御デバイスを 有し、該ユニット制御デバイスは、コマンド信号を受けるべく前記システムコン トローラと接続されており、前記第１と第２の制御されるユニットがそれぞれの 材料処理機能を同時に遂行可能とされるべくそれぞれプロセッサを有することを 特徴とする材料処理セル。
2. ２．前記第１の制御されるユニットは、主マニピュレータであり、前記第２の制 御されるユニットは材料処理機能を遂行するために大きい力の付加を要する動力 作業マニピュレータであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の材料処理 セル。
3. ３．前記第１の制御されるユニットは、第１の材料処理域において、材料処理機 能を遂行し、前記第２の制御されるユニットは、第２の材料処理域において、材 料処理機能を遂行することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の 材料処理セル。
4. ４．前記材料処理域へ、そして、当該処理域から処理対象物を運ぶ搬送システム を、さらに有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の材料処理セル。