JPWO2016103304A1 - 生産システム - Google Patents

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Abstract

生産システムは、水平に延びるレールと、前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿って自走可能な自走式関節ロボットとを備える。上記自走式関節ロボットは、サーボモータによって駆動される前記レールに沿って自走するための少なくとも１つの動作軸を有する台車と、前記台車から前記レールへ向けて突設され、前記レールに対し係脱可能に係合するスライダと、前記台車に支持され、サーボモータにより駆動され且つ関節を構成する少なくとも１つの動作軸を有するロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられたエンドエフェクタと、前記台車内に設けられ、前記ロボットアームの動作軸と前記台車の動作軸とが協働することによって前記ロボットアーム又は前記エンドエフェクタに規定された制御点が目標位置へ到達するように、前記ロボットアームの動作軸及び前記台車の動作軸を制御する制御ユニットとを有する。

Description

本発明は、台車とこれに支持されたロボットアームとを備える自走式関節ロボットを用いた生産システムに関する。
従来、電気・電子部品などの組み立て工程において、ワークの搬送ラインに沿って一連に配置された作業者と作業用ロボットが協働して作業を行う、人間・ロボット協働型のライン生産方式が提案されている。例えば、特許文献１には、人間・ロボット協働型のライン生産方式に利用される作業用双腕ロボットが開示されている。
この特許文献１の作業用双腕ロボットは、胴体と、頭と、２本の腕と、各腕の先端に設けられた手と、胴体の下部を支持する台車とを備えている。この作業用双腕ロボットを作業台に設置するときは、操縦者が、自由回転可能な駆動輪で支持された台車を作業台まで手押しで移動させてから、台車を位置固定させる。そして、ロボットが作業中に移動して作業位置の修正が必要になったときには、制御装置が、腕を伸ばして腕の先端に設けられたアンカピンを作業台に設けられたアンカポイントに係合させ、台車を自由回転可能な駆動輪で支持された状態へ切り替えて、伸ばした腕を引き寄せることによって、台車を望ましい作業位置へ移動させる。
また、特許文献２では、ロボットを利用したセル生産方式のロボットシステムが示されている。このロボットシステムでは、作業者に代わってロボットが部品の取り付けから組み立て、加工、検査などを行う。この特許文献２のロボットシステムは、ロボットと作業台とを備えている。作業台には、作業台側固定部材が設けられている。また、ロボットは、ロボットアームを有する本体部と、本体部が固定された台座部と、台座部を移動させる操舵駆動輪とを備え、作業台側固定部材と結合されるロボット側固定部材が台座部に設けられている。そして、作業台側固定部材とロボット側固定部材が結合されることによって、ロボットが作業台に固定されるとともに、作業台からロボットへ電力が供給される。
特開２０１０−６４１９８号公報 特開２０１４−１４４４９０号公報
上記特許文献１の作業用双腕ロボットでは、ロボットの作業位置の修正に腕を利用するため、ロボットの作業中に作業位置を修正することができない。また、上記特許文献１の作業用双腕ロボットでは、ロボットの作業位置を固定することを目的としてロボットの位置の修正を行っているため、ロボットが作業位置から移動しながら作業を行うことは想定されていない。
また、上記特許文献２のロボットは、作業台側固定部材とロボット側固定部材が結合されることによって、ロボットが作業台に固定されるため、ロボットが作業台に対して移動しながら作業を行うことはできない。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、自走可能な関節ロボットを利用した生産システムであって、関節ロボットが移動しながら作業を行うことが可能なものを提案することにある。
本発明の一態様に係る生産システムは、水平に延びるレールと、前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿って自走可能な自走式関節ロボットとを備えている。そして、前記ロボットが、サーボモータによって駆動される前記レールに沿って自走するための少なくとも１つの動作軸を有する台車と、前記台車から前記レールへ向けて突設され、前記レールに対し係脱可能に係合するスライダと、前記台車に支持され、サーボモータにより駆動され且つ関節を構成する少なくとも１つの動作軸を有するロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられたエンドエフェクタと、前記台車内に設けられ、前記ロボットアームの動作軸と前記台車の動作軸とが協働することによって前記ロボットアーム又は前記エンドエフェクタに規定された制御点が目標位置へ到達するように、前記ロボットアームの動作軸及び前記台車の動作軸を制御する制御ユニットとを有することを特徴としている。
上記生産システムでは、ロボットアームの基台となる台車をレールに沿って移動させながら、ロボットアームに作業を行わせることができる。
本発明によれば、自走可能な関節ロボットを利用した生産システムであって、関節ロボットが移動しながら作業を行うことが可能なものを実現することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る生産システムの平面図である。 図２は、図１に示す生産システムのレールと自走式関節ロボットの概略構成を示す側面図である。 図３は、図１に示す生産システムのレールと当該レールに係合された自走式関節ロボットの概略構成を示す側面図である。 図４は、自走式関節ロボットの概略構成を示す正面図である。 図５は、自走式関節ロボットの概略構成を示す平面図である。 図６は、自走式関節ロボットの制御系統の概略構成を示すブロック図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る生産システムの平面図である。 図８は、図７に示す生産システムのレールと自走式関節ロボットの概略構成を示す側面図である。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明に係る生産システムは、例えば、ライン生産方式又はセル生産方式で製品又は部品を生産するためのシステムであって、レールと、レールに沿って自走可能な少なくとも１つ以上の自走式関節ロボットとを備えている。この自走式関節ロボットでは、従来作業員によって行われていたワークに対する、移送、パーツの組み付けや配置換え、姿勢変換などの作業のうち少なくとも１つが行われる。以下では、本発明に係る生産システムの第１実施形態及び第２実施形態についてそれぞれ説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、本発明の第１実施形態に係る生産システム１００について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る生産システム１００の平面図、図２は図１に示す生産システム１００のレール５５と自走式関節ロボット１の概略構成を示す側面図、図３は図１に示す生産システム１００のレール５５と当該レール５５に係合された自走式関節ロボット１の概略構成を示す側面図である。図１〜３に示すように、本実施形態に係る生産システム１００は、レール５５と、レール５５に沿って自走可能な少なくとも１つ以上の自走式関節ロボット（以下、単に「ロボット１」ということがある）とを備えている。
本実施形態に係る生産システム１００は、レール５５に沿って配置された複数の処理装置５１と、レール５５に沿って且つレール５５を介して複数の処理装置５１と反対側に配置された複数の補助作業台５２とを更に備えている。複数の処理装置５１の各々にはレール５５へ向けて突出するブラケット５６が設けられており、このブラケット５６によってレール５５がほぼ水平に延伸するように支持されている。以下では、レール５５の延伸方向を便宜的にＸ方向といい、このＸ方向と直交する水平方向をＹ方向といい、上下方向をＺ方向ということとする。
複数の補助作業台５２はＸ方向に並べられており、Ｘ方向に隣り合う補助作業台５２の間がロボット１の作業エリアＷＡとなっている。
レール５５の上部には、レール５５の延伸方向であるＸ方向と平行に当該レール５５に沿って延びるラック５７が設けられている。本実施形態に係るラック５７は、レール５５の全長に亘って設けられている。但し、ラック５７はレール５５のうち作業エリアＷＡ及びその周囲にのみ部分的に設けられていてもよい。また、本実施形態に係るラック５７はレール５５に一体的に形成されている。但し、ラック５７が形成されたラック部材がレール５５と結合されることによって、レール５５にラック５７が設けられてもよい。
また、レール５５には、レール５５の延伸方向であるＸ方向と平行に当該レール５５に沿って延びる送電部材４４が設けられている。本実施形態に係る送電部材４４は、レール５５の全長に亘って設けられている。但し、送電部材４４はレール５５のうち作業エリアＷＡ及びその周囲にのみ部分的に設けられていてもよい。送電部材４４内には図示されない送電コイルが設けられている。この送電コイルは、当該送電コイルへ電流を供給する送電側コントローラ４３などとともに、非接触式の電力電送システム４０の送電側（一次側）モジュール４０ａ構成している。送電側コントローラ４３はＡＣアダプタを介して商用電源と接続されている。
ここで、ロボット１の構成について説明する。図４は自走式関節ロボット１の概略構成を示す正面図、図５は自走式関節ロボット１の概略構成を示す平面図である。図２〜５に示すように、ロボット１は、レール５５に沿って自走可能な台車７と、レール５５に対し係脱可能に係合するスライダ９０と、台車７に支持された少なくとも１本のロボットアーム２Ａ，２Ｂと、各ロボットアーム２Ａ，２Ｂの先端に着脱可能に取り付けられエンドエフェクタ５と、画像処理装置６４と、ロボットアーム２Ａ，２Ｂ及び台車７の動作を制御する制御ユニット６とを備えている。エンドエフェクタ５の動作も制御ユニット６によって制御されてもよい。
本実施形態に係るロボット１は、左右のロボットアーム２Ａ，２Ｂを備えた双腕ロボットである。左右のロボットアーム２Ａ，２Ｂは、独立して動作したり、互いに関連し合って動作したりすることが可能である。これにより、左右のロボットアーム２Ａ，２Ｂで、各々別の作業を行ったり、協動して一つの作業を行ったりすることができる。但し、本発明に係るロボット１は、双腕ロボットに限定されず、少なくとも１本のロボットアームを備えていればよい。
一方のロボットアーム２Ａは、第１軸線Ｌ１まわりに回動する第１リンク２１Ａと、第１リンク２１Ａに当該第１リンク２１Ａの先端に規定された第２軸線Ｌ２Ａまわりに回動可能に結合された第２リンク２２Ａとを備えている。同様に、他方のロボットアーム２Ｂは、第１軸線Ｌ１まわりに回動する第１リンク２１Ｂと、第１リンク２１Ｂに当該第１リンク２１Ｂの先端に規定された第２軸線Ｌ２Ｂまわりに回動可能に結合された第２リンク２２Ｂとを備えている。第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂは平行であり、本実施形態に係る第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂは垂直に延在している。
２本のロボットアーム２Ａ，２Ｂの第１リンク２１Ａ，２１Ｂの第１軸線Ｌ１どうしは一致しており、一方のロボットアーム２Ａの第１リンク２１Ａと他方のロボットアーム２Ｂの第１リンク２１Ｂは上下に高低差を設けて配置されている。以下では、２本のロボットアーム２Ａ，２Ｂのうち、第１リンク２１Ａが下方に位置する一方を第１アーム２Ａとし、他方を第２アーム２Ｂとする。
ここで、第１アーム２Ａの構造について詳細に説明する。第１アーム２Ａの第１リンク２１Ａは、台車７の上面に固定された基軸２０Ａに、図示されない軸受を介して回動可能に支持されている。また、第１アーム２Ａの第２リンク２２Ａは、第１リンク２１Ａの先端に図示されない軸受けを介して回動可能に支持されている。
第１リンク２１Ａの外形は、中空のリンク部材３０Ａにより形成されている。リンク部材３０Ａの内部には、第１リンク２１Ａを第１軸線Ｌ１まわりに回動駆動するための、サーボモータ９１Ａと動力伝達装置９２Ａが設けられている。動力伝達装置９２Ａは、回転トルクを調整するための減速機としての機能を併せ備えている。このように、第１アーム２Ａは、サーボモータ９１Ａによって駆動され、基軸２０Ａと第１リンク２１Ａを結合する関節を構成する動作軸（第１軸Ａ１Ａ）を有している。
また、リンク部材３０Ａの内部には、第２リンク２２Ａを第２軸線Ｌ２Ａまわりに回動駆動するための、サーボモータ９３Ａと動力伝達装置９４Ａが設けられている。動力伝達装置９４Ａは、回転トルクを調整するための減速機としての機能を併せ備えている。このように、第１アーム２Ａは、サーボモータ９３Ａによって駆動され、第１リンク２１Ａと第２リンク２２Ａを結合する関節を構成する動作軸（第２軸Ａ２Ａ）を有している。
続いて、第２アーム２Ｂについて詳細に説明する。第２アーム２Ｂの基軸２０Ｂは、第１アーム２Ａの第１リンク２１Ａ上に固定されている。第２アーム２Ｂは、前述の第１アーム２Ａと類似する構成を有している。そこで、各図面においては、第１アーム２Ａの各構成要素には数字にアルファベットのＡを添えた参照符号が付され、第２アーム２Ｂの各構成要素には数字にアルファベットのＢを添えた参照符号が付されている。参照符号のうち数字部分の共通する構成要素は、第１アーム２Ａと第２アーム２Ｂで共通する要素であって、機能及び形状が同一又は類似する。そして、第２アーム２Ｂの構造についての詳細な説明を、前述の第１アーム２Ａの説明において参照符号に添えたアルファベットのＡをアルファベットのＢに読み替えることによって省略する。
次に、台車７について説明する。台車７は、直方体形状の筐体７１と、筐体７１の下部に設けられた複数のフリーキャスタ７２と、筐体７１の背面に設けられたハンドル７３と、走行駆動装置８０及び受電部材４５とを備えている。本実施形態に係るロボット１では、スライダ９０は台車７に設けられている。台車７の筐体７１は中空状であって、筐体７１の内部に制御ユニット６、制御ユニット６へ電力を供給する二次電池８８、受電側コントローラ４６、画像処理装置６４、図示されないエア圧供給装置などが配設されている。また、筐体７１の上部にはマシンビジョンカメラなどの少なくとも１つのカメラ８７が設けられている。
走行駆動装置８０は、レール５５に設けられたラック５７と噛合可能なピニオンギア８１と、動力源であるサーボモータ８２と、サーボモータ８２からピニオンギア８１への動力伝達経路上に設けられた減速機８３とを備えている。この構成の走行駆動装置８０では、サーボモータ８２の出力が減速機８３で調整されてからピニオンギア８１へ伝達される。走行駆動装置８０はロボットアーム２Ａ，２Ｂの外部軸装置であって、制御ユニット６によってサーボモータ８２が制御されている。このように、台車７は、サーボモータ８２によって駆動される動作軸（走行軸ＴＡ）を有している。
スライダ９０は、筐体７１に回動可能に支持されたローラ９５と、筐体７１にアーム９７を介して回動可能に支持されたローラ９６とを備えている。アーム９７は、基端部分９７ａと先端部分９７ｂとに分割されており、基端部分９７ａと先端部分９７ｂとはヒンジ９７ｃによって回動可能に結合されている。アーム９７の基端部分９７ａは筐体７１に固定されている。アーム９７の先端部分９７ｂは、ローラ９６を回動可能に支持している。
本実施形態に係る台車７には上記構成のスライダ９０が２つ設けられており、これらのスライダ９０は筐体７１の前面において走行駆動装置８０の両側に配置されている。スライダ９０は、台車７の筐体７１の前面に突設されており、ロボット１が作業エリアＷＡで作業しているときに台車７からレール５５へ向けて突出する。
受電部材４５は、筐体７１の前面においてレール５５に設けられた送電部材４４と対応する高さ位置に設けられている。受電部材４５内には図示されない受電コイルが設けられている。この受電コイルは、当該受電コイルで発生した誘導電流が供給される受電側コントローラ４６などとともに、非接触式電力電送システム４０の受電側（二次側）モジュール４０ｂを構成している。受電側コントローラ４６は制御ＩＣを介して二次電池８８と接続されており、受電側コントローラ４６から二次電池８８へ電力が供給される。
続いて、制御ユニット６について説明する。図６は自走式関節ロボット１の制御系統の概略構成を示すブロック図である。図６に示すように、制御ユニット６には、制御装置６１と、サーボアンプ６２とが設けられている。制御ユニット６には、画像処理装置６４が接続されている。
サーボアンプ６２は、制御装置６１から供給された制御信号（位置指令）に基づいて、第１アーム２Ａの動作軸（即ち、第１軸Ａ１Ａと第２軸Ａ２Ａ）を動作させるサーボモータ９１Ａ，９３Ａ、第２アーム２Ｂの動作軸（即ち、第１軸Ａ１Ｂと第２軸Ａ２Ｂ）を動作させるサーボモータ９１Ｂ，９３Ｂ、及び、台車７の動作軸（即ち、走行軸ＴＡ）を動作させるサーボモータ８２の各サーボモータへ駆動電流を供給するように構成されている。なお、サーボアンプ６２は、各サーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂ，８２に対応して設けられており、それらがまとめて図示されている。
各サーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂ，８２には、例えば、出力軸の回転量・回転角度・回転位置などを検出するロータリエンコーダなどの回転検出器が設けられており、この回転検出器で検出されたサーボモータの出力軸の少なくとも回転位置が制御装置６１及びサーボアンプ６２へ入力される。
制御装置６１は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示せず）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部は、外部装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。制御装置６１では、記憶装置に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、ロボット１の動作を制御するための処理が行われる。なお、制御装置６１は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、制御装置６１は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。
続いて、画像処理装置６４について説明する。画像処理装置６４は、カメラ８７で撮像された画像又は映像を利用して、後述するマーカとロボット１（又は台車７）の相対的な位置関係を検出する手段である。画像処理装置６４で検出されたマーカとロボット１の相対的な位置関係は制御ユニット６へ伝達される。画像処理装置６４は、例えば、カメラ８７から送られてきた映像信号を画像処理して、算出されたマーカの特徴量（面積、重心、長さ、位置など）に基づいてマーカとロボット１の相対的な位置関係を検出する演算処理装置などから構成されている。
上記構成のロボット１では、制御ユニット６が、画像処理装置６４、及び各サーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂ，８２に設けられた回転検出器からの検出信号又は測定信号を取得し、各ロボットアーム２Ａ，２Ｂの手先又はエンドエフェクタ５に規定された制御点の現在位置を演算する。そして、制御ユニット６は、制御点が所定のプログラムに則って所定の軌道に沿って目標位置へ移動するような、制御信号を生成する。この制御信号は、制御装置６１からサーボアンプ６２へ出力される。サーボアンプ６２は、制御信号に応じた駆動電流をサーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂ，８２へ供給する。このように、制御ユニット６は、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの動作軸と同様に台車７の動作軸に対しても、制御点の位置、方位、姿勢などを制御量として、その目標値に追従するような自動制御（即ち、サーボ制御）を行う。
続いて、エンドエフェクタ５について説明する。エンドエフェクタ５は、ロボット１が行う作業に応じて適切な構造のものが用いられる。そのため、ここでは、エンドエフェクタ５の一例について簡単に説明する。本実施形態に係るエンドエフェクタ５は、手首部５ａと、手首部５ａの先端に設けられたツール部５ｂとにより概ね構成されている。手首部５ａは、ツール部５ｂを上下方向に移動させる昇降動作軸と、ツール部５ｂを垂直軸まわりに旋回させる旋回動作軸とを有している。手首部５ａの昇降動作軸は、例えば、レールとスライダから成る直動機構とスライダを動作させるサーボモータによって実現される。また、手首部５ａ旋回動作軸は、例えば、出力軸がツール部５ｂと連結されたサーボモータによって実現される。
ここで、上記構成の生産システム１００で行われる作業の一例を説明する。作業を開始するに前に、ロボット１は作業エリアＷＡで位置決めされる。
ロボット１は作業者によって作業エリアＷＡまで運ばれる。図１〜３に示すように、作業エリアＷＡへ運ばれたロボット１は、ローラ９５がレール５５の側面と当接し且つピニオンギア８１がラック５７と噛合するまでＹ方向へレール５５に近づけられる。ここで、電力電送システム４０の受電部材４５は、送電部材４４から電力を受電することができる程度に十分に近接している又は接触している。
上記のようにロボット１がレール５５へ近づけられた状態で、スライダ９０とレール５５とが係合される。ここで、まず、アーム９７の先端部分９７ｂをヒンジ９７ｃを回動中心として下方へ回動させることにより、ローラ９６をレール５５の側面と当接させる。次いで、図示されないロック機構でアーム９７の先端部分９７ｂの回動を規制する。このようにして、アーム９７を台車７に対して下方へ回動させることによって、レール５５がスライダ９０の２つのローラ９５，９６の周面に挟み込まれて、スライダ９０とレール５５と係合した状態となる。なお、アーム９７を台車７に対して上方へ回動させることによって、スライダ９０とレール５５の係合が解除された状態となる。このように、スライダ９０はレール５５に対し係脱可能であって、スライダ９０がレール５５と係合した状態と、これらの係合が解除された状態とを切り替えることができる。
上記のように、スライダ９０がレール５５に係合すると、ロボット１はレール５５に対してＹ方向への移動が規制され、これにより、ロボット１がＹ方向に位置決めされる。次いで、ロボット１はＸ方向の位置決めと、Ｚ方向の位置の較正とを行う。
ロボット１のＸ方向の位置決めとＺ方向の位置の較正のために、マーカと画像処理装置６４が利用される。マーカは、作業エリアＷＡのレール５５、処理装置５１又はその周辺に設けられている。例えば、特定形状のマーカが処理装置５１のロボット１との対峙面に設けられていたり、処理装置５１のロボット１との対峙面の特定形状（例えば、ドアの外形など）がマーカとして利用されたり、或いは、レール５５に特定形状のマーカが設けられていたりしてよい。そして、制御ユニット６は、画像処理装置６４からマーカとロボット１の相対的な位置関係を取得し、これに基づいてロボット１の現在位置を得る。
制御ユニット６は、ロボット１のＸ方向の現在位置が目標位置である所定の作業基準位置へ到達するように、台車７の動作軸を制御する。制御ユニット６が台車７の動作軸を制御するにあたり、サーボモータ８２が動作すると、ラック５７と噛合しているピニオンギア８１が回動し、その結果、ロボット１がレール５５に沿ってＸ方向へ移動する。
また、制御ユニット６は、ロボット１のＺ方向の現在位置と所定の作業基準位置のＺ方向位置ズレ量を演算し、このＺ方向位置ズレ量でロボット１の座標系又は目標位置を較正する。なお、ロボット１が昇降動作軸を備えている場合は、Ｚ方向の位置を較正することに代えて、ロボット１のＺ方向の現在位置が所定の作業基準位置へ到達するように昇降動作軸が制御されてもよい。
上記のようにロボット１の作業エリアＷＡへの位置決めが行われたうえで、ロボット１は作業を開始する。本実施形態に係る生産システム１００では、作業エリアＷＡに配置されたロボット１が、ワークＷにパーツ５９を組み付ける組付け作業と、パーツ５９が組み付けられたワークＷを処理装置５１へ搬入する搬入作業と、処理装置５１で処理された後のワークＷを処理装置５１から搬出する搬出作業を行う。
上記の組付け作業では、ロボット１は、補助作業台５２に載置されたワークＷを作業台へ移動させ、補助作業台５２に載置された部品棚から複数のパーツ５９が収容された部品トレイを作業台へ移動させ、作業台上でワークＷに複数のパーツ５９を組み付ける。なお、ここでは作業台としてロボット１の台車７の除面が利用されている。
上記の搬入作業では、ロボット１は、作業台に置かれたワークＷを保持し、処理装置５１内の処理棚にワークＷを載置する。上記の搬出作業では、ロボット１は、ワークＷを処理装置５１の処理棚から処理装置５１の外へ搬出して補助作業台５２へ載置する。処理装置５１の開口部には図示されない自動ドアが設けられている。この自動ドアは、ロボット１がワークＷを処理装置５１へ搬入する際に開放される。なお、この自動ドアは、開口部の周囲に設けられた動体・静止体検知センサで物体（ロボットアームやワークなど）が検知されている間に開放される。また、この自動ドアは、ロボット１がタッチスイッチを操作することにより開閉されるものであってもよい。
上記の作業の間、ロボット１の制御ユニット６は、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの動作軸と台車７の動作軸とが協働することによってロボットアーム２Ａ，２Ｂ又はエンドエフェクタ５に規定された制御点が所定のプログラムに則って目標位置へ到達するように、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの動作軸及び台車７の動作軸を制御する。つまり、制御ユニット６では、ロボットアーム２Ａ，２Ｂと台車７について、エンドエフェクタ５の先端位置などの特定の制御点の位置、方位、姿勢などを制御量として、その目標値に追従するようなサーボ制御が行われる。
このように、ロボット１は、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの基台となる台車７を移動させながら、ロボットアーム２Ａ，２Ｂで作業を行う。よって、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの可動範囲外にある目標位置へも、ロボット１の制御点を到達させることが可能となり、ロボット１の作業範囲が広がる。しかも、台車７の動作軸も制御ユニット６によってサーボ制御されるので、制御点を目標位置へ高い精度で移動させることができる。なお、ロボット１はＸ方向へ移動するが、送電部材４４はＸ方向に延びる部材であるので、電力電送システム４０によるロボット１への電力供給は継続される。
以上に説明したように、本実施形態の生産システム１００は、水平に延びるレール５５と、レール５５の延伸方向（Ｘ方向）と平行に当該レール５５に沿って自走可能な自走式関節ロボット１とを備えている。本実施形態に係る生産システム１００は、レール５５に沿って配設された少なくとも１つのワークの処理装置５１を備えており、ロボット１が行う作業には、処理装置５１へワークを搬入したり、処理装置５１からワークを搬出したりする作業が含まれている。
そして、本実施形態に係る生産システム１００は、ロボット１が、レール５５に沿って自走するための、サーボモータ８２によって駆動される少なくとも１つの動作軸（走行軸ＴＡ）を有する台車７と、台車７からレール５５へ向けて突設され、レール５５に対し係脱可能に係合するスライダ９０と、台車７に支持され、サーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂにより駆動され且つ関節を構成する少なくとも１つの動作軸（第１軸Ａ１Ａ，第２軸Ａ２Ａ，第１軸Ａ１Ｂと第２軸Ａ２Ｂ）を有するロボットアーム２Ａ，２Ｂと、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの先端に設けられたエンドエフェクタ５と、台車７内に設けられ、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの動作軸と台車７の動作軸とが協働することによってロボットアーム２Ａ，２Ｂ又はエンドエフェクタ５に規定された制御点が目標位置へ到達するように、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの動作軸及び台車７の動作軸を制御する制御ユニット６とを有することを特徴としている。
このように、本実施形態に係るロボット１では、ロボット１の作業時に、ロボットアーム２Ａ，２Ｂと台車７の協働により作業が行われる。つまり、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの基台となる台車７を移動させながら、ロボットアーム２Ａ，２Ｂに作業を行わせることができる。よって、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの可動範囲外にある目標位置へも、ロボット１の制御点を到達させることが可能となり、ロボット１の作業範囲が広がる。しかも、台車７の動作軸も制御ユニット６によってサーボ制御されるので、制御点を目標位置へ高い精度で移動させることができる。
また、ロボット１のスライダ９０がレール５５を走行することによって、ロボット１がレール５５に沿ってＸ方向へ移動する際に、レール５５に対するロボット１のＹ方向の相対的位置は一定に保持される。また、ロボット１に振動や反力などが加わったときにも、レール５５に対するロボット１のＹ方向の相対的位置は一定に保持される。よって、ロボット１の位置制御を単純化することができる。
更に、ロボット１のスライダ９０はレール５５から係脱可能であるので、スライダ９０とレール５５との係合を解除させると、ロボット１をレール５５に対して自由に移動させることが可能となる。よって、ロボット１を作業エリアＷＡから外部へ移動させたり、ロボット１を他のロボット１と入れ替えたりすることが容易である。
また、本実施形態では、ロボット１のスライダ９０が、レール５５の延伸方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）からレール５５を挟み込む２つのローラ９５，９６と、台車７に回動可能に支持され２つのローラのうち一方（ローラ９６）を保持するアーム９７とを含んでいる。そして、ロボット１は、アーム９７を台車７に対して回動させることによって、スライダ９０が２つのローラ９５，９６の周面でレール５５を挟み込むことによってレール５５と係合した状態と、スライダ９０とレール５５の係合が解除された状態とを切り換え可能に構成されている。
このように、アーム９７を回転させることにより、スライダ９０とレール５５との係合させたり、その係合を解除させたりすることができる。このように、レール５５に対するスライダ９０の係脱操作は簡易である。
また、上記実施形態に係る生産システム１００は、電源に接続された送電側モジュール４０ａと、ロボット１に搭載され、送電側モジュール４０ａから電力を受電して当該ロボット１へ供給する受電側モジュール４０ｂとを有する電力電送システム４０を更に備えている。そして、送電側モジュール４０ａが、レール５５の延伸方向と平行に当該レール５５に沿って延びる送電部材４４を含み、受電側モジュール４０ｂが、スライダ９０がレール５５と係合しているときに送電部材４４から電力を受電するように配設された受電部材４５を含んでいる。
上記構成によれば、ロボット１のスライダ９０がレール５５と係合しているときに、送電側モジュール４０ａから受電側モジュール４０ｂへ電力が電送され、受電側モジュール４０ｂから電力がロボット１へ供給される。なお、本実施形態においては、受電側モジュール４０ｂから二次電池８８へ電力が供給され、二次電池８８からロボット１の制御ユニット６へ電力が供給されるように構成されている。これにより、送電側モジュール４０ａから受電側モジュール４０ｂへの電力供給が不安定となった場合でもロボット１へ安定して電力が供給される。
なお、本実施形態では、送電部材４４がレール５５に付設されているが、送電部材４４はこの態様に限定されない。例えば、送電部材４４は、レール５５から独立した部材として、ロボット１が走行する床面に設けられていてもよい。また、本実施形態では、非接触式の電力電送システム４０を採用しているが、非接触式電力電送システム４０は接触式であってもよい。接触式の電力電送システム４０の場合は、例えば、送電部材４４としてレール５５に沿って延びる長尺な電極を用い、受電部材４５として送電部材４４の表面を滑動するローラ状又はスライダ状の電極を用いることができる。
また、本実施形態に係る生産システム１００は、スライダ９０がレール５５と係合しているときにピニオンギア８１と噛合するようにレール５５の延伸方向と平行に当該レール５５に沿って延びるラック５７を備えている。そして、上記ピニオンギア８１は、台車７の動作軸（走行軸ＴＡ）によって駆動される。
上記構成によれば、台車７の動作軸が動作することによって、ラック５７と噛合しているピニオンギア８１が回転し、その結果、台車７がＸ方向へ移動する。なお、本実施形態では、ラック５７はレール５５と一体的に設けられているが、ラック５７はこの態様限定されない。例えば、ラック５７は、レール５５から独立した部材として、ロボット１が走行する床面に設けられていてもよい。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る生産システム１００Ｂについて説明する。本実施形態に係る生産システム１００Ｂはライン生産方式で製品又は部品を生産するためのシステムである。図７は本発明の第２実施形態に係る生産システム１００Ｂの平面図であり、図８は図７に示す生産システム１００Ｂのレール５５と自走式関節ロボット１の概略構成を示す側面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
図７及び図８に示す生産システム１００Ｂは、レール５５と、レール５５に沿って自走可能な少なくとも１つ以上の自走式関節ロボット（以下、単に「ロボット１」ということがある）とを備えている。ロボット１は、上述の第１実施形態に係るロボット１と同様の構造及び機能を有するため、ロボット１についての詳細な説明は省略する。また、レール５５も、上述の第１実施形態に係るレール５５と同様の構造及び機能を有しており、Ｘ方向に延びるラック５７と、Ｘ方向に延びる送電部材４４が設けられている。
生産システム１００Ｂは、レール５５に沿ってワークＷを搬送するライン搬送装置５０を備えている。このライン搬送装置５０は、例えば、ベルトコンベヤ５０１とその支持台５０２によって構成されている。ベルトコンベヤ５０１の上面は作業台として使用される。支持台５０２には、レール５５へ向けて突出するブラケット５６が設けられており、このブラケット５６によってレール５５がＸ方向へほぼ水平に延伸するように支持されている。
レール５５に沿って、複数の補助作業台５２が設けられている。複数の補助作業台５２はＸ方向に並べられており、Ｘ方向に隣り合う補助作業台５２の間がロボット１の作業エリアＷＡとなっている。補助作業台５２には、ワークＷに組み付けられる組付けパーツ５３，５４が載置されている。また、上記作業エリアＷＡ又はその近傍に、マーカ８６が設けられている。なお、マーカ８６は、ロボット１が作業エリアＷＡに在るときにカメラ８７で撮像できる位置に設けられている。
ここで、上記構成の生産システム１００Ｂで行われる作業の一例を説明する。作業を開始するに前に、ロボット１は作業エリアＷＡで位置決めされる。
ロボット１は作業者によって作業エリアＷＡまで運ばれる。作業エリアＷＡへ運ばれたロボット１は、前述の第１実施形態と同様に、Ｘ方向及びＹ方向に位置決めされ、更に、Ｚ方向に較正される。ロボット１はライン搬送装置５０に固定されていないので、作業内容に応じてロボット１を入れ替えたり、ロボット１の数を増減したりすることができる。また、ライン搬送装置５０に沿って配置されている複数のロボット１のうち一つが故障したときには、故障した一つのロボット１を入れ替えれば僅かなダウンタイムで作業を再開することができる。
上記のように、ロボット１が作業エリアＷＡで位置決めされてから、ロボット１が作業を開始する。作業モードの制御ユニット６は、ロボット１に搭載された各サーボモータ９１Ａ，９３Ａ，９１Ｂ，９３Ｂ，８２の回転位置から制御点の現在位置を算出し、この制御点の現在位置が予め記憶された軌跡を通って目標位置へ至るように、ロボットアーム２Ａ，２Ｂの各動作軸及び台車７の動作軸を制御する。
例えば、補助作業台５２に載置された手前側の組付けパーツ５３はロボットアーム２Ａ，２Ｂの可動範囲内に位置している。この組付けパーツ５３を補助作業台５２から持ち出すときには、制御ユニット６は、ロボットアーム２Ａ，２Ｂが動作することによって制御点が組付けパーツ５４を持ち出せる位置へ至るようにロボットアーム２Ａ，２Ｂ及び台車７の動作軸を制御する。ここで、台車７は実質的に移動しないが、台車７がそのＸ方向の位置を維持するように台車７の動作軸が制御される。
なお、台車７がそのＸ方向の位置を維持するために、画像処理装置６４によって検出されたマーカ８６とロボット１（又は台車７）の相対的な位置関係が用いられてもよい。例えば、制御ユニット６が、検出されたマーカ８６とロボット１との相対的な位置関係に基づき、所定の基準作業位置に対する現在位置の位置誤差（位置ズレ）を求め、この位置誤差を解消するように、台車７の動作軸が制御されてもよい。
また、例えば、補助作業台５２に載置された奥側の組付けパーツ５４はロボットアーム２Ａ，２Ｂの可動範囲外に位置している。この組付けパーツ５４を補助作業台５２から持ち出すときには、制御ユニット６は、台車７がＸ方向へ移動するとともにロボットアーム２Ａ，２Ｂが動作することによって制御点が組付けパーツ５４を持ち出せる位置へ到達するように、ロボットアーム２Ａ，２Ｂ及び台車７の動作軸を制御する。このように、ロボットアーム２Ａ，２Ｂと台車７が協働することにより、ロボット１が基準作業位置にあるときにロボットアーム２Ａ，２Ｂの可動範囲外にある目標位置へも、ロボット１の制御点を移動させることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る生産システム１００Ｂは、レール５５の延伸方向と平行に当該レール５５に沿ってワークを搬送するライン搬送装置５０を備えており、レール５５はこのライン搬送装置５０に支持されている。そして、ロボット１は、ライン搬送装置５０で搬送されてくるワークＷに対して作業を行うように構成されている。このように、本発明に係る生産システムは、ライン生産方式にも適用させることができる。
以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
１ ：自走式関節ロボット
２Ａ，２Ｂ ：ロボットアーム
５ ：エンドエフェクタ
６ ：制御ユニット
７ ：台車
２０Ａ，２０Ｂ ：基軸
２１Ａ，２１Ｂ ：第１リンク
２２Ａ，２２Ｂ ：第２リンク
３０Ａ，３０Ｂ ：リンク部材
４０ ：電力電送システム
４０ａ ：送電側モジュール
４０ｂ ：受電側モジュール
４３ ：送電側コントローラ
４４ ：送電部材
４５ ：受電部材
４６ ：受電側コントローラ
５０ ：ライン搬送装置
５１ ：処理装置
５２ ：補助作業台
５５ ：レール
５６ ：ブラケット
５７ ：ラック
６１ ：制御装置
６２ ：サーボアンプ
６４ ：画像処理装置
７１ ：筐体
７２ ：フリーキャスタ
７３ ：ハンドル
８０ ：走行駆動装置
８１ ：ピニオンギア
８２ ：サーボモータ
８３ ：減速機
８７ ：カメラ
８８ ：二次電池
９０ ：スライダ
９５ ：ローラ
９６ ：ローラ
９７ ：アーム
１００，１００Ｂ ：生産システム
Ａ１Ａ，Ａ１Ｂ，Ａ２Ａ，Ａ２Ｂ ：ロボットアームの動作軸
Ｌ１ ：第１軸線
Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ ：第２軸線
ＴＡ ：台車の動作軸（走行軸）
Ｗ ：ワーク
ＷＡ ：作業エリア

Claims (6)

  1. 水平に延びるレールと、前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿って自走可能な自走式関節ロボットとを備え、
    前記自走式関節ロボットが、
    サーボモータによって駆動される前記レールに沿って自走するための少なくとも１つの動作軸を有する台車と、
    前記台車から前記レールへ向けて突設され、前記レールに対し係脱可能に係合するスライダと、
    前記台車に支持され、サーボモータにより駆動され且つ関節を構成する少なくとも１つの動作軸を有するロボットアームと、
    前記ロボットアームの先端に設けられたエンドエフェクタと、
    前記台車内に設けられ、前記ロボットアームの動作軸と前記台車の動作軸とが協働することによって前記ロボットアーム又は前記エンドエフェクタに規定された制御点が目標位置へ到達するように、前記ロボットアームの動作軸及び前記台車の動作軸を制御する制御ユニットとを有する、
    生産システム。
  2. 前記自走式関節ロボットの前記スライダが、前記レールの延伸方向と直交する方向から前記レールを挟み込む２つのローラと、前記台車に回動可能に支持され前記２つのローラのうち一方を保持するアームとを含み、
    前記自走式関節ロボットは、前記アームを前記台車に対して回動させることによって、前記２つのローラの周面に前記レールが挟み込まれて前記スライダが前記レールと係合した状態と、前記スライダと前記レールの係合が解除された状態とを切り換え可能に構成されている、請求項１に記載の生産システム。
  3. 電源に接続された送電側モジュールと、前記自走式関節ロボットに搭載され、前記送電側モジュールから電力を受電して当該自走式関節ロボットへ供給する受電側モジュールとを有する電力電送システムを更に備え、
    前記送電側モジュールが、前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿って延びる送電部材を含み、
    前記受電側モジュールが、前記スライダが前記レールと係合しているときに前記送電部材から電力を受電するように配設された受電部材を含む、
    請求項１又は２に記載の生産システム。
  4. 前記自走式関節ロボットが、前記台車の動作軸によって駆動されるピニオンギアを有しており、
    前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿って延び、前記スライダが前記レールと係合しているときに前記ピニオンギアと噛合するラックを更に備えている、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の生産システム。
  5. 前記レールの延伸方向と平行に当該レールに沿ってワークを搬送するライン搬送装置を更に備えており、
    前記レールが前記ライン搬送装置に支持されている、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の生産システム。
  6. 前記レールに沿って配設された少なくとも１つのワークの処理装置を更に備えており、
    前記レールが前記処理装置に支持されている、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の生産システム。
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