(57)【要約】  本発明による作業ユニット（１００）は、ワーク（Ｗ）の位置決めを行うポジショナ（１０）と、ワーク（Ｗ）に対して作業を行うエンドエフェクタ（２２）と、エンドエフェクタ（２２）が取り付けられたロボット（２０）と、側面（３２）および床面（３４）を有する囲い（３０）とを備える。床面（３４）は、ポジショナ（１０）の取り付けられた支持領域（３４ａ）と、ポジショナ（１０）およびワーク（Ｗ）の少なくとも一方の可動域に位置する開放領域（３４ｂ）とを有している。
2013057788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの位置決めを行うポジショナと、
前記ワークに対して作業を行うエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタが取り付けられたロボットと、
側面および床面を有する囲いと
を備える、作業ユニットであって、
前記床面は、前記ポジショナの取り付けられた支持領域と、前記ポジショナおよび前記ワークの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域とを有している、作業ユニット。
【請求項２】
前記ロボットは、前記ポジショナに取り付けられている、請求項１に記載の作業ユニット。
【請求項３】
前記囲いは移動可能に構成されている、請求項１または２に記載の作業ユニット。
【請求項４】
前記ロボットアームは７軸の多関節ロボットアームを含む、請求項１から３のいずれかに記載の作業ユニット。
【請求項５】
前記床面の前記支持領域の側部に配置されたセンサーをさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の作業ユニット。
【請求項６】
前記エンドエフェクタは溶接トーチを含む、請求項１から５のいずれかに記載の作業ユニット。
【請求項７】
ポジショナにロボットを取り付ける工程と、
側面および床面を有する囲いの中に、前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程と
を包含し、
前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程において、前記床面は、前記ポジショナの取り付けられた支持領域と、前記ポジショナおよび前記ワークの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域とを有している、作業ユニット作製方法。
【請求項８】
前記ポジショナに前記ロボットを取り付けた後であって、前記ポジショナおよび前記ロボットを搬送する前に、前記ポジショナおよび前記ロボットにティーチングを行う工程を
さらに包含する、請求項７に記載の作業ユニット作製方法。
【請求項９】
前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程は、前記ポジショナおよび前記ロボットを搬送した後に、前記床面の前記支持領域の上に前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程を含む、請求項７または８に記載の作業ユニット作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業ユニットおよび作業ユニット作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、高品質の製品を安定して生産するため、あるいは、疲労を伴う作業等から人間を解放するため等の様々な目的で生産現場に導入されている。典型的な産業用ロボットは予め設定されたティーチング内容に従って繰り返し動作を行う（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１には、アーク溶接ロボットおよびポジショナを備えたアーク溶接ロボットシステムが開示されている。特許文献１のアーク溶接ロボットシステムでは、アーク溶接ロボットがポジショナによって位置決めされたワークに対して所定の位置および姿勢となるようにポジショナおよびアーク溶接ロボットを制御することにより、適切な溶接を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６‐３４１２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のアーク溶接ロボットシステム（作業ユニット）は、比較的大きくなってしまうことがある。この場合、作業を行うための設置容積が比較的大きくなり、作業場所の有効利用ができない。また、作業ユニットが比較的大きい場合、作業ユニットの搬送のためのコストが増大することがある。【０００６】
本実施形態の一態様は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を実現可能な作業ユニットおよび作業ユニットの作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の一態様に係る作業ユニットは、ワークの位置決めを行うポジショナと、前記ワークに対して作業を行うエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタが取り付けられたロボットと、側面および床面を有する囲いとを備える、作業ユニットであって、前記床面は、前記ポジショナの取り付けられた支持領域と、前記ポジショナおよび前記ワークの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域とを有している。【０００８】
本実施形態の一態様に係る作業ユニット作製方法は、ポジショナにロボットを取り付ける工程と、側面および床面を有する囲いの中に、前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程とを包含し、前記ポジショナおよび前記ロボットを設置する工程において、前記床面は、前記ポジショナの取り付けられた支持領域と、前記ポジショナおよび前記ワークの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域とを有している。【０００９】
本実施形態の一態様に係る作業ユニット作製方法は、ポジショナにロボットを取り付ける工程と、前記ポジショナにロボットを取り付けた後、前記ポジショナおよび前記ロボットを搬送する工程とを包含する。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態の一態様によれば、小型化を実現可能な作業ユニットおよびその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の作業ユニットの模式図である。
【図２】本実施形態の作業ユニットにおけるポジショナの模式図である。
【図３】本実施形態の作業ユニットの模式図である。
【図４】本実施形態の作業ユニットの模式図である。
【図５】本実施形態の作業ユニット作製方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態の作業ユニット作製方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態の作業ユニット作製方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本願の開示する作業ユニットおよび作業ユニット作製方法の実施形態を説明する。ただし、本発明の実施形態は以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
図１に、本実施形態の作業ユニット１００の模式図を示す。作業ユニット１００は、ワークＷに対して作業を行う。作業ユニット１００は、ポジショナ１０と、ロボット２０と、囲い３０とを備える。
【００１４】
ポジショナ１０にはワークＷが取り付けられ、ポジショナ１０は、ワークＷの位置決めを行う。例えば、ポジショナ１０は、ワークＷの位置および姿勢の少なくとも一方を変化させる。ポジショナ１０は複数の軸のそれぞれに対してワークＷを回転できるように構成されていることが好ましい。例えば、ポジショナ１０は２軸ポジショナであってもよい。または、ポジショナ１０は３軸または４軸ポジショナであってもよい。
【００１５】
ロボット２０には、ワークＷに対して作業を行うエンドエフェクタ２２が取り付けられている。例えば、ロボット２０は、エンドエフェクタ２２と、エンドエフェクタ２２の取り付けられたロボットアーム２４とを有している。エンドエフェクタ２２がワークＷに対して適切な角度（方向）で作業を行うことができるように、ポジショナ１０がワークＷの位置および向きを制御するとともにロボットアーム２４がエンドエフェクタ２２の位置および向きを制御する。
【００１６】
例えば、ロボットアーム２４は、複数のアクチュエータを備えた多関節型であることが好ましい。この場合、ロボットアーム２４は複数のアームから構成されており、各アクチュエータはサーボモータを有している。エンドエフェクタ２２の位置および姿勢は、ロボットアーム２４の各アクチュエータの駆動によって制御される。エンドエフェクタ２２は、典型的には、ロボットアーム２４の先端に取り付けられている。
【００１７】
ここでは、エンドエフェクタ２２は溶接トーチである。一例として、溶接トーチは、アーク溶接またはスポット溶接に用いられる。または、溶接トーチは、レーザ溶接、プラズマ溶接等に用いられてもよい。典型的には、溶接トーチ２２は、ワークＷの溶接線に沿って溶接を行う。
【００１８】
なお、エンドエフェクタ２２は、ワークＷに対してシーリング材を付与してもよい。あるいは、エンドエフェクタ２２は、ワークＷのバリ取り、ドリリング等の別の加工を行ってもよい。
【００１９】
囲い３０は、側面３２と、床面３４とを有している。ここでは、側面３２の一部が開いており、作業者はその部分から囲い３０内に入ることができる。なお、囲い３０の側面３２は、床面３４から取り外し可能であってもよい。
【００２０】
床面３４は、ポジショナ１０の取り付けられた支持領域３４ａと、ポジショナ１０およびワークＷの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域３４ｂとを有している。なお、ここでは、床面３４を法線方向から見た場合、床面３４の開放領域３４ｂは矩形状であり、支持領域３４ａと開放領域３４ｂとの境界は３辺で規定されている。
【００２１】
本実施形態の作業ユニット１００では、囲い３０の床面３４には、ポジショナ１０を支持する支持領域３４ａだけでなく、ポジショナ１０およびワークＷの少なくとも一方の可動域に位置する開放領域３４ｂが設けられている。このため、ポジショナ１０およびワークＷの少なくとも一方の可動域として開放領域３４ｂを利用可能である。したがって、ポジショナ１０およびワークＷの少なくとも一方の可動部分の最下位置を支持領域３４ａの上面よりも低くでき、これにより、ポジショナ１０ひいては作業ユニット１００の高さ方向（鉛直方向）の長さを小さくすることができる。
【００２２】
なお、ポジショナ１０単体の水平面まわりの旋回半径はポジショナ１０自身から決定されるが、ポジショナ１０の取り付けられたワークＷの旋回半径は、ポジショナ１０に取り付けられるワークに応じて変化する。本実施形態の作業ユニット１００では、開放領域３４ｂが設けられているため、比較的大きなワークＷに対して作業を行うことができる。例えば、床面３４に開放領域３４ｂが設けられていることにより、ポジショナ１０に取り付けられたワークＷの旋回半径を支持領域３４ａの厚み分に相当する２００ｍｍ程度増大させることができる。
【００２３】
また、典型的には、エンドエフェクタ２２がワークＷに対して作業を行う場合、エンドエフェクタ２２は床面３４の開放領域３４ｂの上方にてワークＷに作業を行う。また、エンドエフェクタ２２がワークＷに対して作業を行う場合、作業カスが発生することがある。本実施形態の作業ユニット１００では、開放領域３４ｂが設けられているため、作業時に発生した作業カスの清掃を容易に行うことができる。特に、エンドエフェクタ２２が溶接トーチの場合、作業カスが発生しやすく、開放領域３４ｂによって清掃を容易化できる効果が高い。
【００２４】
なお、ここでは、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられており、ロボット２０の架台としてポジショナ１０が用いられている。このように、ポジショナ１０およびロボット２０が一体的に形成されていることにより、作業ユニット１００の床面積を小さくして、省スペース化を実現できる。また、ポジショナ１０とロボット２０とが一体的に形成されていることにより、作業ユニット１００の場所変更および再現を行う際に、ポジショナ１０とロボット２０の位置合わせを再度行わなくてもよく、これにより、作業場所の変更および再現を容易に行うことができる。
【００２５】
なお、ロボットアーム２４として、７軸ロボットアームを用いることが好ましい。本実施形態の作業ユニット１００では、ロボット２０はポジショナ１０の上方に取り付けられており、ポジショナ１０とロボット２０との間の距離は比較的短いが、ロボットアーム２４が７軸ロボットアームであることにより、エンドエフェクタ２２の位置および向きの自由度が増大して多様な作業姿勢を実現できるとともに、作業ユニット１００の前後方向および左右方向の長さを小さくして省スペース化を実現できる。
【００２６】
また、本実施形態の作業ユニット１００では、囲い３０に、シャッター４２が設置されている。シャッター４２は、側面３２の開いている部分を開閉可能に動作する。これにより、ロボット２０の動作中に、囲い３０内に作業者が不用意に侵入することを防ぐことができる。例えば、シャッター４２は巻き上げ式のシャッターである。
【００２７】
また、囲い３０の床面３４における支持領域３４ａの側面に、センサー４４を設置することが好ましい。このようにセンサー４４を設置することにより、作業者の侵入を適切に監視することができる。センサー４４として、ラインセンサーを用いてもよい。あるいは、センサー４４として、エリアセンサーを用いてもよい。
【００２８】
また、囲い３０の側面３２の外側に起動ボックス５０が配置されていることが好ましい。起動ボックス５０によって作業ユニット１００が起動する。作業ユニット１００が起動すると、シャッター４２が降りて、ロボット２０の動作が開始する。ただし、センサー４４が、何らかの物体を検出すると、シャッター４２は降りず、ロボット２０の動作は開始しない。
【００２９】
図２に、本実施形態の作業ユニット１００におけるポジショナ１０の模式図を示す。図２では、ポジショナ１０の一例として２軸ポジショナ１０を示している。
【００３０】
ポジショナ１０は、ワークＷの取り付けられる保持面１２を有している。図１に示したワークＷは、図示しない保持部材（治具）によって保持面１２に保持される。保持面１２はワークＷに応じて交換可能であってもよい。また、ポジショナ１０は、図示しないモータによってワークＷの取り付けられた保持面１２を傾動させる回転軸１４ａと、図示しないモータによってワークＷの取り付けられた保持面１２を回転させる回転軸１４ｂとを有している。
【００３１】
図３に、本実施形態の作業ユニット１００の模式図を示す。図２に示した回転軸１４ａが回転することにより、ポジショナ１０に取り付けられたワークＷは傾動し、ワークＷの位置および向きを変更することができる。
【００３２】
なお、上述したように、本実施形態の作業ユニット１００を用いて溶接を行うことが好ましい。溶接は、例えば、溶接の行われるべき線（溶接予定の線）である溶接線に沿って行われる。
【００３３】
本実施形態の作業ユニット１００は、自動アーク溶接または半自動アーク溶接を行うために好適に用いられる。自動アーク溶接または半自動アーク溶接を行う場合、溶接線に対して実際に溶接の行われる線は、ワイヤー径の約半分のサイズを超えてずれないことが好ましい。
【００３４】
なお、同一の作業ユニット１００において、ワークＷ、ポジショナ１０およびエンドエフェクタ２２の少なくとも一方を交換することにより、ワークＷに異なる作業を行ってもよい。
【００３５】
また、囲い３０は移動可能に構成されていることが好ましい。例えば、床面３４の支持領域３４ａの裏面の隅（典型的には、４つの隅）に車両を取り付けることが好ましい。これにより、作業ユニット１００の移動を簡便に行うことができる。
【００３６】
ここで、図４を参照して、本実施形態の作業ユニット１００の一例を説明する。図４に示した作業ユニット１００では、囲い３０の床面３４に支持領域３４ａの裏面に車輪３６を設けることにより、作業ユニット１００の移動（例えば、工場内における作業ユニット１００の配置の変更）を容易に行うことができる。
【００３７】
また、囲い３０の床面３４における支持領域３４ａの裏面に車輪３６を取り付けることにより、作業ユニット１００を支持する床に対する囲い３０の床面３４の高さ（この床と床面３４との間の距離）がより大きくなり、これにより、ポジショナ１０に取り付けられたワークＷの旋回半径をさらに増大させることができる。なお、ここでは、囲い３０の上面には何も設けられていないが、囲い３０の上面にダクトを設け、集塵を行ってもよい。あるいは、囲い３０の上面自体が省略されてもよい。
【００３８】
また、図４に示した作業ユニット１００では、囲い３０の中に、ロボットコントローラ４０が配置されている。また、ここでは図示していないが、囲い３０の中に溶接電源が配置されてもよい。
【００３９】
ロボットコントローラ４０は、例えば、ティーチングデータを記憶する記憶装置と、ロボット２０に指令を送るプロセッサとを有している。ロボットコントローラ４０を用いて、各動作時のエンドエフェクタ２２およびロボットアーム２４の位置を記憶させて、ティーチングを行うことができる。なお、ロボットコントローラ４０は、ロボット２０だけでなくポジショナ１０の制御を行ってもよい。
【００４０】
例えば、ティーチングでは、ポジショナ１０およびロボット２０の空間上のある位置と別の位置とを記憶させ、これらの点の間の軌跡をキャリブレーションによって修正する。典型的には、ポジショナ１０およびロボット２０のキャリブレーションは、エンコーダを用いて行われる。
【００４１】
なお、上述した説明では、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられていたが、本実施形態はこれに限定されない。ロボット２０は、床面３４の支持領域３４ａにおいてポジショナ１０とは別の場所に配置されてもよい。ただし、上述したように、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられていることが好ましい。
【００４２】
このような作業ユニット１００は、以下のように作製することができる。ここで、図５を参照して本実施形態の作業ユニット作製方法を説明する。
【００４３】
まず、Ｓ５０２において、ポジショナ１０にロボット２０を取り付ける。例えば、ロボット２０はポジショナ１０の上方に取り付けられる。
【００４４】
次に、Ｓ５０４において、囲い３０の中に、ポジショナ１０およびロボット２０を設置する。以上のようにして作業ユニット１００が作製される。
【００４５】
このように作製された作業ユニット１００では、ロボット２０がポジショナ１０に取り付けられており、これにより、作業ユニット１００の省スペース化を図ることができる。
【００４６】
なお、囲い３０の中へのポジショナ１０およびロボット２０の設置は、ポジショナ１０およびロボット２０を所定の場所に搬送する前に行われてもよく、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送した後に行われてもよい。
【００４７】
ここで、図６を参照して、本実施形態の別の作業ユニット作製方法を説明する。まず、Ｓ６０２において、ポジショナ１０にロボット２０を取り付ける。
【００４８】
次に、Ｓ６０２ａにおいて、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送する。ここでは、上述したように、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられているため、ポジショナ１０およびロボット２０は、互いの相対位置が変化することなく搬送される。
【００４９】
次に、Ｓ６０４において、囲い３０の中に、ポジショナ１０およびロボット２０を設置する。以上のようにして作業ユニット１００が作製される。なお、上述したように、床面３４の開放領域３４ｂにより、比較的小型のポジショナ１０を用いることができるため、搬送を容易に行うことができる。
【００５０】
なお、Ｓ６０２ａに加えて、または、Ｓ６０２ａに代えて、Ｓ６０４においてポジショナ１０およびロボット２０を囲い３０の中に設置した後、Ｓ６０４ａにおいて作業システム１００を搬送してもよい。ここでも、上述したように、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられているため、ポジショナ１０およびロボット２０は、互いの相対位置が変化することなく搬送される。
【００５１】
このように、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送する前に、ロボット２０をポジショナ１０に取り付けることが好ましい。例えば、ポジショナ１０およびロボット２０は、工場から顧客に出荷するために、コンテナ等に搭載されてトラック等の大型車両で搬送されてもよい。あるいは、ポジショナ１０およびロボット２０は、工場内において、ある場所から別の場所に搬送されてもよい。
【００５２】
この場合、搬送前（例えば、工場から顧客に出荷する前）に、ロボット２０はポジショナ１０に取り付けられているため、ポジショナ１０とロボット２０との位置合わせを確実に行うことができる。また、搬送前にロボット２０をポジショナ１０に取り付けているため、ポジショナ１０およびロボット２０を設置する際に、ポジショナ１０およびロボット２０の位置合わせを省略することができ、ポジショナ１０およびロボット２０の設置を短時間で行うことができる。また、作業ユニット１００を大量に作製して異なる場所で使用する場合、搬送を行う前に、ポジショナ１０およびロボット２０の取り付けを行うことができるため、取り付けのためのコストの低減を図ることができる。
【００５３】
また、上述したように、ポジショナ１０およびロボット２０は実際の作業を行う前にティーチングされることが好ましい。この場合、ポジショナ１０およびロボット２０のティーチングを搬送前に行ってもよい。
【００５４】
ここで、図７を参照して本実施形態の別の作業ユニット作製方法を説明する。まず、Ｓ７０２において、ポジショナ１０にロボット２０を取り付ける。
【００５５】
次に、Ｓ７０２’において、ポジショナ１０にロボット２０を取り付けた後であって、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送する前に、ポジショナ１０およびロボット２０にティーチングを行う。ティーチングは、例えば、ロボットコントローラ４０を用いて行われる。なお、ティーチング後、ポジショナ１０およびロボット２０のキャリブレーションを行うことが好ましい。
【００５６】
その後、Ｓ７０２ａにおいて、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送し、Ｓ７０４において、ポジショナ１０およびロボット２０を設置する。以上のようにして作業ユニット１００が作製される。本実施形態では、搬送前に、ポジショナ１０およびロボット２０のティーチングを行っているため、搬送後の設置の際に、ポジショナ１０およびロボット２０に対するティーチングの少なくとも一部を省略することができ、搬送後の設置時間を短縮することができる。
【００５７】
また、ここでも、Ｓ７０２ａに加えて、または、Ｓ７０２ａの代わりに、Ｓ７０４においてポジショナ１０およびロボット２０を囲い３０の中に設置した後、Ｓ７０４ａにおいて作業システム１００を搬送してもよい。
【００５８】
なお、図５〜図７を参照して上述した本実施形態の作業ユニットの作製方法において作製された作業ユニット１００では、一体的に取り付けられたポジショナ１０およびロボット２０の周囲に囲い３０が設けられていたが、本実施形態はこれに限定されない。ポジショナ１０およびロボット２０の周囲の囲い３０を省略してもよい。また、この場合でも、ロボット２０をポジショナ１０に取り付けた後、図６のＳ６０２ａまたは図７のＳ７０２ａと同様に、ロボット２０をポジショナ１０に取り付けた状態で、ポジショナ１０およびロボット２０を搬送することが好ましい。
【００５９】
なお、上述した作業ユニット１００では、床面３４を法線方向から見た場合、開放領域３４ｂは矩形状であり、支持領域３４ａと開放領域３４ｂとの境界は３辺で規定されたが、本実施形態はこれに限定されない。支持領域３４ａと開放領域３４ｂとの境界は３以上の辺または任意の曲線によって規定されてもよい。あるいは、支持領域３４ａと開放領域３４ｂとの境界が閉じるように、開放領域３４ｂは支持領域３４ａに囲まれて形成されてもよい。例えば、開放領域３４ｂは開口形状に規定されるように形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０    ポジショナ
２０    ロボット
２２    エンドエフェクタ
２４    ロボットアーム
３０    囲い
３２    側面
３４    床面
３４ａ  支持領域
３４ｂ  開放領域
１００    作業ユニット
【図１】
2013057788.tif 000003
【図２】
2013057788.tif 000004
【図３】
2013057788.tif 000005
【図４】
2013057788.tif 000006
【図５】
2013057788.tif 000007
【図６】
2013057788.tif 000008
【図７】
2013057788.tif 000009
【国際調査報告】
2013057788.tif 000010
2013057788.tif 000011
2013057788.tif 000012
2013057788.tif 000013