(57)【要約】  本発明は、ロボットおよびポジショナを組み合わせたシステムにおいてフットプリントが小さく、工程間のタクトタイムが短くなる製造ラインを構築するロボットシステムを提供する。  作業対象物（１０）と、前記作業対象物（１０）に対して作業するロボット（５）、（６）と、前記作業対象物（１０）を位置決めするポジショナ（７）、（８）と、前記ポジショナ（７）、（８）の筐体上に前記ロボット（５）、（６）を備えたものである。
2009113364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの枠体上に前記ロボットを備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記ポジショナは、前記作業対象物が搬送される方向に対して直交するように対向して配置されたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記ポジショナは、前記作業対象物を位置決めするように動作し、その作業中心が対向するように同軸上に配置されたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記ロボットは、前記作業対象物が搬送される方向に対して直交するように対向して配置されたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ロボットは、７軸の自由度を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項６】
作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの筐体上に前記ロボットを備えられ、前記ポジショナと前記ロボットが協調動作により前記作業対象物に作業することを特徴とするロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボットと前記ポジショナが２組からなり作業をし、少なくとも１台の前記ポジショナおよび前記ロボットが協調動作して前記作業対象物に作業することを特徴とする請求項６記載のロボットシステム。
【請求項８】
作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの筐体上に前記ロボットを備え、前記ポジショナと前記ロボットとが前記作業対象物の搬送方向について隣接するように対向して配置されたことを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直多関節形ロボットを用いたロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の産業用ロボットを用いた製造ラインでは、ロボットを密集して配置させ、製造プロセスを狭くする動きがある。つまりロボットのフットプリントを小さくし、工場自体を小さくすることで、工場の空調に要するコストを抑えるとともに空調設備を小さくするようにしている。また、作業工程間の距離を短くすることでタクトタイムを上げることができるので、製造プロセスを狭くすることが要望されていた。
このような製造プロセスを備えた製造ラインとしては、自動車部品などの溶接ラインが代表例として上げられる。これまでの溶接ラインのシステムとしては、ロボットと部品を位置決めするポジショナを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。その構成は、ロボットを中心とする生産システムの一例を示したものであって、ロボットは６自由度の多関節形ロボットで、走行台車上に搭載されている。また、ロボットの手先には作業工具として溶接トーチが固定されている。さらに、ポジショナがロボットの作業領域内に配置され、ポジショナ上には作業対象物が置かれている。ロボット及び上記の各周辺機器及び溶接機は制御装置に接続されている。
このような構成にすることにより、ロボットによりポジショナ上に配置された作業対象物を溶接する作業が実現している。
また、従来の溶接ラインとしては搬送ロボットと溶接ロボットが組み合わせられたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。その構成は、溶接装置が、ワーク供給手段としての部品仮付け作業台と、この部品仮付け作業台に近接する箇所に１ヵ所、少し離れた箇所に１ヵ所の合計２ヵ所に配設される第１、第２多関節搬送ロボットと、第１、第２多関節搬送ロボットのいずれかのロボットの可動領域内に各溶接ガンを臨ませる第１〜第４溶接ロボットを備えており、前記第１、第２多関節搬送ロボットの中間部には、ワーク待機手段としての待機台が設けられるとともに、第２多関節搬送ロボットの近傍には、台車を位置決めする台車位置決め部が設けられている。
このように、従来のロボットシステムは、ロボットとポジショナを用いて作業対象物を溶接するとともに、作業対象物が順次作業工程を受け渡されるラインが構築されている。
【特許文献１】特開平２−２０２６０６号公報
【特許文献２】特開平１１−０７７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のロボットシステムは、ロボットとポジショナを用いて作業対象物を溶接するとともに、作業対象物が順次作業工程を受け渡されるラインが構築されているが、ポジショナはロボットの作業領域内に配置された構成となっているために、ポジショナを設置するスペースとロボットを設置するスペースとが各々必要となり、その分だけ作業スペースが広くなるといった問題が生じており、工場スペースが広くなり、その分だけ空調コストが上がるといった問題が生じていた。
また、長尺物の溶接を行う場合などには、特許文献２に示した製造ラインでは溶接ロボット、搬送ロボットおよびポジショナがラインの進む方向に長くなり、次の工程でもこの長い製造ラインは同様に構成されるために、連続する製造ラインは長くなる傾向にある。このように長いラインになるためにフットプリントが大きくなり、工場自体が大きくなるといった問題が生じていた。また、工程間の距離が長くなるためにタクトタイムが長くなり、製造時間がかかるといった問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットおよびポジショナを組み合わせたシステムにおいてフットプリントが小さく、工程間のタクトタイムが短くなる製造ラインを構築するロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの枠体上に前記ロボットを備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記ポジショナが、前記作業対象物が搬送される方向に対して直交するように対向して配置されたものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記ポジショナが、前記作業対象物を位置決めするように動作し、その作業中心が対向するように同軸上に配置されたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記ロボットが、前記作業対象物が搬送される方向に対して直交するように対向して配置されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記ロボットが、７軸の自由度を有するものである。
また、請求項６に記載の発明は、作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの筐体上に前記ロボットを備えられ、前記ポジショナと前記ロボットが協調動作により前記作業対象物に作業するものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記ロボットと前記ポジショナが２組からなり作業をし、少なくとも１台の前記ポジショナおよび前記ロボットが協調動作して前記作業対象物に作業するものである。
また、請求項８に記載の発明は、作業対象物と、前記作業対象物に対して作業するロボットと、前記作業対象物を位置決めするポジショナと、前記ポジショナの筐体上に前記ロボットを備え、前記ポジショナと前記ロボットとが前記作業対象物の搬送方向について隣接するように対向して配置されたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１から５に記載の発明によると、ポジショナを溶接ロボットのベースとして兼用したことで、各々占有していた設置スペースを省略することができ、フットプリントを小さくできるものである。
また、請求項６から８記載の発明によると、長尺物の作業対象物に対しても、製造ラインが長くなることなく、連続した工程を構成することができる。また、長尺物の搬送方向を対向するロボット間を通した方向にすることにより工程間の搬送距離が短くなり、タクトタイムが短くなるものである。
以上の通り、ロボットおよびポジショナのフットプリントが小さくなることや工程間が短くできることから、工場自体を小さくすることができ、空調コストを大幅に削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例１のロボットシステムの上面図
【図２】本発明の実施例１のロボットシステムにおける溶接ロボットの待機姿勢を示す斜視図
【図３】本発明の実施例１のロボットシステムにおける溶接ロボットの溶接姿勢を示す斜視図
【図４】本発明の実施例１のロボットシステムにおける溶接ロボットの側面図および正面図
【図５】本発明の実施例１のロボットシステムにおける溶接ロボットの上面図
【符号の説明】
【０００７】
１  第１工程
２  第２工程
３  第３工程
４  第４工程
５  第１の溶接ロボット
６  第２の溶接ロボット
７  第１のポジショナ
８  第２のポジショナ
９  搬送ロボット
１０  作業対象物
１１  基台
１２  旋回台、
１３、１６、１９、２２、２８、２９、３０  減速機、
１５  第１の上腕、
１７Ａ  モータユニット
１８  第２の上腕、
１４、１７、２０、２３、２５、２６、２７  駆動用モータ、
（１）〜（７）回転軸心、
１４−１、１７−１、２０−１、２３−１、  出力軸
２１  前腕
２４  手首組立体、
３１  フランジ、
３２  リスト
３２ａ、３２ｂ  部材
３３  リストベース
３３ａ、３３ｂ  部材
５１、６１  溶接用トーチ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明のロボットシステムの上面図である。１は第１の溶接工程、２は第２の溶接工程、３は第３の溶接工程、４は第４の溶接工程、５は第１の溶接ロボット、６は第２の溶接ロボット、７は第１のポジショナ、８は第２のポジショナ、９は搬送ロボット、１０は作業対象物である。
本発明が従来の技術と異なる点は、ポジショナに産業用ロボットを備えて作業対象物に作業を行うようにした点である。
作業対象物１０は、例えば、自動車のシャーシのような長尺物であり、不図示の搬送ロボットにより第１の溶接工程１の第１のポジショナ７および第２のポジショナ８に取り付けられる。次に、溶接部位に合わせるように第１のポジショナ７および第２のポジショナ８が回転して、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６により所定箇所を溶接する。溶接が終わると、搬送ロボット９により作業対象物１０は第２の溶接工程に搬送される。第２の溶接工程においても同様な作業を行い、第３の溶接工程および第４の溶接工程を順次行い、搬送ロボット９により不図示の作業台に配置する。
このようなロボットシステムを構築することにより長尺物の作業対象物に対しても、製造ラインが長くなることなく、連続した工程を構成することができる。また、長尺物の搬送方向を対向するロボット間を通した方向にすることにより工程間の搬送距離が短くなり、タクトタイムが短くなるものである。
次に、第１の溶接工程を例に詳細を図２および図３を用いて説明する。図２は溶接ロボットが待機位置に位置した際の斜視図であり、図３は、溶接時の斜視図である。図２に示すように、第１の溶接工程１には、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６がそれぞれ第１のポジショナ７および第２のポジショナ８上に、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６、第１のポジショナ７および第２のポジショナ８のそれぞれが対向する様に配置されている。また、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６の先端には溶接用のトーチ５１、６１が備えられ、作業対象物１０の所定の箇所を溶接するように構成されている。
第１のポジショナ７および第２のポジショナ８は、作業対象物１０の長手方向の軸中心にした際に、この軸まわりに回転動作をする。すなわち、第１のポジショナ７および第２のポジショナ８のそれぞれが対向しており、その回転中心は同軸上になるように配置されている。図３で溶接作業を示すように、作業対象物１０の所定の箇所を溶接しているように、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６は、作業対象物１０に対して上方向からアプローチして第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６のふところの近くの位置でも溶接できるように構成されている。また、第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６と第１のポジショナ７および第２のポジショナ８は協調動作することで、作業対象物１０の裏面を溶接する場合には、第１のポジショナ７および第２のポジショナ８が協調動作しながら回転し、溶接箇所を第１の溶接ロボット５および第２の溶接ロボット６に向けるようにして溶接作業を行うことができる。
ここでは、２台のポジショナを協調動作させて作業対象物を動作させていたが、ポジショナの負荷重量に見合うものであれば、一方をポジショナでもう一方を回転自在な機構にしても良い。また、本発明の実施例では、ポジショナを回転駆動機構として説明したが、直交系の３軸構成のステージのようなものでも良く、作業対象物を溶接ロボットに対して位置決めするものであれば良いことは当然である。
このような構成にしたことで、ポジショナを溶接ロボットのベースとして兼用したことで、各々占有していた設置スペースを省略することができ、フットプリントを小さくできるものである。
次に、溶接ロボットの詳細について図４を用いて説明する。溶接ロボットは７自由度を備えた垂直多関節形ロボットであり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図ある。図において、回転軸心（１）は地面に垂直な方向を向いている。旋回台１２には、旋回用の駆動モータ１４が取り付けられており、旋回用の駆動モータ１４の出力軸１４−１は、減速機１３の入力軸へ接続されている。この旋回用の減速機１３は、ロボット基台１１と旋回台１２に双方が旋回可能に支承されている。旋回台１２及び減速機１３は回転軸心（１）上に配置されている。
第１の上腕１５用の駆動モータ１７は上述の旋回台１２の開口部の空間を、回転軸心（１）と垂直な平面上に位置する第１２の回転軸心（２）上に取り付けられている。
さらに、第１の上腕１５用の駆動モータ１７の出力軸１７−１は、第１の上腕１５用の減速機１６の入力軸へ接続されている。この第１の上腕用の減速機１６は、前記旋回台１２の開口部と、第１の上腕１５の側面にそれぞれ固着され、第２の回転軸心（２）の回りに回転可能に支承されている。
また、第１の上腕１５の上端部分２の回転軸心（２）に垂直でかつ第１の回転軸心（１）と同一平面にある第３の回転軸心（３）上に配置された減速機１９を介して第２の上腕１８を第３の回転軸心（３）回りに回転可能に支承できるようにＬ字状の部材を上下に反転させた反Ｌ型になっている。第１の上腕１５の長さは、ロボットから遠い範囲での作業をする場合には作業領域に相当する長さで求められ、ロボットに近い範囲での範囲の作業領域の場合は、モータユニット１７Ａが第１の上腕１５の上端部に干渉しないで交換作業ができる長さ以上で求められる。
第２の上腕１８は、該上腕用の駆動モータ２０が、前記第２の上腕１８に第３の回転軸心（３）上に取り付けられるように前記第１の上腕５の対称のＬ型になっており、第２の上腕８の旋回用駆動用モータ２０が取り付けられている。また、前記第２の上腕１８の旋回用駆動モータ２０の出力軸２０−１は、第２の上腕１８用の減速機１９の入力軸へ接続されている。この第２の上腕１８用の減速機１９は、前記第１の上腕１５の上端部と、第２の上腕１８の底面にそれぞれ固着され旋回可能に支承されている。
第４の回転中心（４）は第３の回転軸心（３）に垂直でかつ同一平面上にあり、第４の回転軸心上に前腕２１の駆動用モータ２３、減速機２２が配置されている。
第２の上腕１８の上方に位置する前腕２１の下端部は、第２の上腕１８の上方開口部に減速機２２を介して回動可能に支承されている。
さらに、前腕２１用の駆動モータ２３の出力軸２３−１は、前腕２１用の減速機２２の入力軸へ接続されている。この前腕２１用の減速機２２は、前記前腕２１の開口部と、第２の上腕１８の側面にそれぞれ固着され、回転可能に支承されている。
回転軸心（５）は回転軸心（４）に垂直な平面でかつ第３の回転軸心（３）と同一平面上に配置されている。
手首組立体２４を第５の回転軸心（５）まわりに回転させる駆動用モータ２５の取り付け面は前腕２１の手首組立体２４に対して反対側に配置され、図示しないギヤまたはプーリ、及びシャフトを介して前腕２１の端面に配置されたケーブルが貫通できる穴を備えた減速機２８の入力軸へ接続されている。減速機２８は前腕２１の端面と手首組立体２４の端部にそれぞれ固着され、回転可能に支承されている。
図５において手首組立体２４の詳細を説明する。手首組立体２４はリストベース３３、リスト３２、フランジ３１、減速機２９、３０から構成されている。リストベース３３は２つの部材３３ａ、３３ｂから構成され略Ｕ字形状の二股状をなし、この部材間にケーブルが通る空間が設けられている。リスト３２は端部がリストベース３３の先端部に設けられ、第７の回転軸心（７）に平行に伸びる２つの部分３２ａ、３２ｂを備えて、この部材間にケーブルが通る空間が設けられるように二股状を成し、第５の回転軸心（５）に垂直でかつ同一平面上の第６の回転軸心（６）回りに減速機２９を介して回転可能に連結されている。フランジ３１は其端部がリスト３２の先端部に設けられ、第６の回転軸心（６）に垂直な第７の回転軸心（７）回りに減速機３０を介して回転可能に連結されている。リスト３２駆動用モータ２６及びフランジ駆動用モータ２７は図示しないギヤまたはプーリ及びシャフトを介して減速機２９及び３０の入力軸に接続されている。このフランジ３１に溶接用のトーチが取り付けられて、溶接作業を行うものである。
このような構成にすることにより、第３の軸まわりで第２の上腕が回転することで、１自由度の冗長軸を備えることになり、先端に取り付けられたトーチはよりロボット近傍まで近寄り動作ができるようになるものである。
本発明の実施例では、作業対象物に対する作業としてロボットによる溶接作業を例に説明したが、冗長軸を備えた垂直多関節ロボットを用いて組立作業やシーリング作業、塗装作業を行うようにしても良く、特に、溶接作業に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明では、垂直多関節ロボットで溶接作業することを説明したが、垂直多関節ロボットの手首軸にワークをハンドリングするハンドやツールを備えることで、産業用ロボットが行う全般的な組立、塗装やシール作業という用途にも適用できる。
【図１】
2009113364.tif 000003
【図２】
2009113364.tif 000004
【図３】
2009113364.tif 000005
【図４】
2009113364.tif 000006
【図５】
2009113364.tif 000007
【国際調査報告】
2009113364.tif 000008
2009113364.tif 000009
2009113364.tif 000010
2009113364.tif 000011