(57)【要約】【課題】複数のロボットによる組立作業において作業スペースの拡大が図れる組立装置を提供する。【解決手段】組立装置１は、作業台ＷＤ上に正立姿勢で設置される水平多関節のロボット４と、作業台ＷＤの上方に位置するフレーム２１に倒立姿勢で取付けられる垂直多関節のロボット５とを備えている。そして、各ロボット４、５の可動範囲が重なる作業台ＷＤ上の共通可動範囲において、ロボット４、５は部品の組立作業を協働して行えるようになっている。このような組立装置１の構成により、２台のロボットを作業台ＷＤ上に設置する場合の作業スペースＳＰ１に対して拡大された作業スペースＳＰ２を確保できる。【選択図】図８
2007125634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の産業用ロボットにより作業台上で組立作業が行われる組立装置であって、
前記複数の産業用ロボットは、
正立姿勢で配置される第１ロボットと、
前記作業台の上方に倒立姿勢で配置される第２ロボットと、
を有し、
前記作業台上には、前記第１ロボットの可動範囲と前記第２ロボットの可動範囲とが重なる共通可動範囲が規定されていることを特徴とする組立装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組立装置において、
前記第１ロボットは、水平多関節ロボットであり、
前記第２ロボットは、垂直多関節ロボットであることを特徴とする組立装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の組立装置において、
前記組立作業に関連する物品が収められた所定の作業関連ユニット、
を備えることを特徴とする組立装置。
【請求項４】
請求項３に記載の組立装置において、
前記所定の作業関連ユニットは、第１の作業関連ユニットと第２の作業関連ユニットとを有し、
前記第１の作業関連ユニットと前記第２の作業関連ユニットとは、前記第１ロボットおよび／または前記第２ロボットを挟み互いに対向して配置されることを特徴とする組立装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の組立装置において、
複数のフレーム部材によって前記第１ロボットおよび前記第２ロボットを内包する直方体状の立体構造が形成されるフレーム構造体、
を備え、
前記フレーム構造体の上部に、前記第２ロボットが倒立姿勢で取付けられることを特徴とする組立装置。
【請求項６】
請求項５に記載の組立装置において、
前記フレーム構造体に接続し、前記組立作業に関連する物品が収められた作業関連ユニットを着脱自在に装着可能な装着部、
を備えることを特徴とする組立装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の組立装置において、
前記フレーム構造体に係るフレーム部材に沿った所定のルートに、前記第１ロボットおよび／または前記第２ロボットから延出するケーブルが敷設されることを特徴とする組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の産業用ロボットにより作業台上で組立作業が行われる組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多点数の部品から構成される組立体をロボットにより自動的に組み立てる組立装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示される組立装置においては、作業台上に正立姿勢で配置される２台のロボット（水平多関節ロボットおよび垂直多関節ロボット）を用いて組立作業が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の組立装置では、作業台上に２台のロボットを固定するため、作業台におけるロボット２台の設置部分が作業スペースとして利用できず、作業スペースが狭くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数のロボットによる組立作業において作業スペースの拡大が図れる組立装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の産業用ロボットにより作業台上で組立作業が行われる組立装置であって、前記複数の産業用ロボットは、正立姿勢で配置される第１ロボットと、前記作業台の上方に倒立姿勢で配置される第２ロボットとを有し、前記作業台上には、前記第１ロボットの可動範囲と前記第２ロボットの可動範囲とが重なる共通可動範囲が規定されている。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る組立装置において、前記第１ロボットは、水平多関節ロボットであり、前記第２ロボットは、垂直多関節ロボットである。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る組立装置において、前記組立作業に関連する物品が収められた所定の作業関連ユニットを備える。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る組立装置において、前記所定の作業関連ユニットは、第１の作業関連ユニットと第２の作業関連ユニットとを有し、前記第１の作業関連ユニットと前記第２の作業関連ユニットとは、前記第１ロボットおよび／または前記第２ロボットを挟み互いに対向して配置される。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る組立装置において、複数のフレーム部材によって前記第１ロボットおよび前記第２ロボットを内包する直方体状の立体構造が形成されるフレーム構造体を備え、前記フレーム構造体の上部に、前記第２ロボットが倒立姿勢で取付けられる。
【００１２】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る組立装置において、前記フレーム構造体に接続し、前記組立作業に関連する物品が収められた作業関連ユニットを着脱自在に装着可能な装着部を備える。
【００１３】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る組立装置において、前記フレーム構造体に係るフレーム部材に沿った所定のルートに、前記第１ロボットおよび／または前記第２ロボットから延出するケーブルが敷設される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１ないし請求項７の発明によれば、正立姿勢で配置される第１ロボットと作業台の上方に倒立姿勢で配置される第２ロボットとを有し、作業台上には第１ロボットの可動範囲と第２ロボットの可動範囲とが重なる共通可動範囲が規定されている。その結果、複数のロボットによる組立作業において作業スペースの拡大が図れる。
【００１５】
特に、請求項２の発明においては、第１ロボットは水平多関節ロボットであり、第２ロボットは垂直多関節ロボットである。その結果、組立作業の精度は高いものの鉛直方向の自由度が低い水平多関節ロボットと組立作業の精度は低いものの鉛直方向の自由度が高い垂直多関節ロボットとの組合せにおいて、組立作業の精度を維持しつつ作業スペースの拡大が図れる。
【００１６】
また、請求項３の発明においては、組立作業に関連する物品が収められた所定の作業関連ユニットを備えるため、作業関連ユニットの交換等により様々な組立作業に簡易に対応できる。
【００１７】
また、請求項４の発明においては、第１の作業関連ユニットと第２の作業関連ユニットとは、第１ロボットおよび／または第２ロボットを挟み互いに対向して配置されるため、ロボットの周囲に多くの作業関連ユニットを配置できる。
【００１８】
また、請求項５の発明においては、複数のフレーム部材によって第１ロボットおよび第２ロボットを内包する直方体状の立体構造が形成されるフレーム構造体の上部に、第２ロボットが倒立姿勢で取付けられるため、第１ロボットおよび第２ロボットを含むロボット部のモジュール化が図れる。
【００１９】
また、請求項６の発明においては、フレーム構造体に接続し、組立作業に関連する物品が収められた作業関連ユニットを着脱自在に装着可能な装着部を備えるため、作業関連ユニットの交換等を簡易に行える。
【００２０】
また、請求項７の発明においては、フレーム構造体に係るフレーム部材に沿った所定のルートに、第１ロボットおよび／または第２ロボットから延出するケーブルが敷設されるため、ロボットの動作範囲を拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜組立装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る組立装置１の要部構成を示す斜視図である。なお、本図では、フレーム構造体２の一部を透過させることによりロボット４、５の外観を明瞭に示している。
【００２２】
組立装置１は、立体フレーム構造を有するフレーム構造体２と、フレーム構造体２の下部に接続し作業関連モジュール(後述)の装着が可能なモジュール装着部３とを備えている。また、組立装置１は、フレーム構造体２に取り付けられる２台の産業用ロボット(以下では単に「ロボット」という)４、５と、これらのロボット４、５を統括制御する制御部６とを備えている。この制御部６は、例えばロボット４、５それぞれを制御するロボットコントローラ(制御装置)６１、６３と、ロボットコンローラ６１、６３に通信可能に接続して各ロボット４、５の協調動作などを制御する制御装置６２とで構成されている。
【００２３】
＜フレーム構造体２およびモジュール装着部３の要部構成＞
図２は、フレーム構造体２の要部構成を示す斜視図である。
【００２４】
フレーム構造体２においては、角棒状の形状を有する例えばアルミ製のフレーム部材(以下では単に「フレーム」という)２１の群によって立体構造が形成されている。以下では、フレーム構造体２の構成を詳しく説明する。
【００２５】
フレーム構造体２では、鉛直方向(Ｚ軸方向)に沿ってロボット４、５の周囲に配置される４本のフレーム２１ａを含む複数のフレーム２１により、ロボット４、５を内包する直方体状の立体構造が形成されている。
【００２６】
また、フレーム構造体２は、３枚の金属製のプレート２２を固定するための４本のフレーム２１ｂを備えている。そして、３枚のプレート２２がフレーム２１ｂで支持されることにより、ロボット４、５が組立作業を行うための作業台ＷＤとして機能するとともに、３枚のプレート２２の下方に形成される空間ＣＰに制御装置６１〜６３(図１)を配置できることとなる。
【００２７】
また、フレーム構造体２の上部には、図１に示すロボット５を天吊するフレーム２１ｃが設けられている。
【００２８】
以上のようなフレーム構造体２の構成により、２台のロボット４、５と制御部６とを含むロボット部のモジュール化が図れる。また、フレーム構造体２を覆う網状の部材を取り付け可能な構造としておけば、この網状の部材をフレーム構造体２に取付けるだけで安全柵の機能を発揮することとなり、安全柵もモジュール化できることとなる。
【００２９】
図３および図４は、モジュール装着部３を説明するための斜視図である。
【００３０】
モジュール装着部３は、例えば鉄製のフレーム部材３１を複数有して構成されており、櫛形の形状を有する２つの櫛形部Ｔａ、Ｔｂを備えている。
【００３１】
櫛形部Ｔａ、Ｔｂにおいては、ロボット４、５による組立作業に関連する物品が収められた作業関連モジュール(作業関連ユニット)ＷＭで構成されるモジュール部７が装着可能な構成となっている。以下では、作業関連モジュールＷＭについて具体例を示して詳述する。
【００３２】
本実施形態における作業関連モジュールＷＭとしては、２種類のトレイ供給モジュール７１(７１ａ、７１ｂ)と特殊部品供給モジュール７２と特殊作業モジュール７３とがモジュール装着部３の櫛形部Ｔａ、Ｔｂに着脱自在に装着可能となっている。まず、トレイ供給モジュール７１について説明する。
【００３３】
トレイ供給モジュール７１は、部品や組立体を収容するトレイ７１９を段積して格納する格納部７１２と、格納部７１２内のトレイ７１９をロボット４やロボット５の作業範囲に搬送する搬送部７１３とを有している。まず、トレイ７１９に収容される被収容物について説明する。
【００３４】
図５は、トレイ７１９に載置される部品等の様子を示す斜視図である。
【００３５】
図５(ａ)に示すように、中子７１ｆの整列孔７１ｆｓのそれぞれに部品９１が挿入されることで、整列が行われる。ここで、整列孔７１ｆｓの形状は、部品９１の形状に対応しており、これにより部品９１の位置が整列孔７１ｆｓによって規制される。図５(ｂ)に示すように、部品９２についても、その形状に対応した整列孔７１ｇｓを有する中子７１ｇにより、トレイ７１９に整列される。
【００３６】
また、図５(ｃ)に示すように、上記の部品９１、９２を含む複数の部品から組み立てられた組立体９３については、上記の整列孔７１ｆｓ、７１ｇｓの代わりに整列突起７１ｈｓにより整列が行われる。ここでは、整列突起７１ｈｓの間に、組立体９３が挟み込まれて固定されることとなる。
【００３７】
次に、部品９１、９２等が載置されるトレイ７１９をロボット４、５の可動範囲内に搬入し、組立体９３等が載置されるトレイ７１９をロボット４、５の可動範囲から搬出するトレイ供給モジュール７１の動作について説明する。
【００３８】
図６は、トレイ供給モジュール７１によるトレイ７１９の搬送動作を説明する図である。図６(ａ)および図６(ｂ)については、ＹＺ平面に関するトレイ供給モジュール７１の縦断面図を示している。
【００３９】
トレイ供給モジュール７１は、トレイ７１９を保持して水平方向Ｙに往復移動するトレイ保持部７１ｊと、トレイ保持部７１ｊに連結してトレイ７１９に水平Ｙ方向への往復駆動力を与える駆動部７１ｋとを有している。トレイ保持部７１ｊは、トレイ７１９を保持できるとともに保持解除できる機能を有している。また、駆動部７１ｋは、レール７１ｍに沿って移動できるようになっている。そして、トレイ保持部７１ｊで保持されたトレイ７１９が、作業台ＷＤ上でトレイ７１９の位置決めを行う位置決めプレート７１８(図３)の直上に搬送されると、保持部７１ｊでの保持を解除してトレイ７１９を位置決めプレート７１８にセットし、ロボット４、５に対するトレイ７１９の位置が定められる。なお、トレイ７１９のセッティングにおいては、例えば位置決めプレート７１８に設けられた突起部をトレイ７１９に形成される溝に嵌合させることで行われる。
【００４０】
トレイ交換部７１ｎは、トレイ保持部７１ｊと同様の構成のトレイ保持部７１ｐと、積み重ねられたトレイ７１９を下方から支持する支持部７１ｑとを備えている。そして、支持部７１ｑは、例えばモータ駆動により支持ポール７１ｒに沿って昇降可能な構成となっている。
【００４１】
部品がなくなったトレイまたは完成後の組立体で一杯になったトレイ（以下「使用済トレイ」）を他のトレイ（以下「次使用トレイ」）と交換するときには、次の動作を行う。
【００４２】
（１）支持部７１ｑ上に積み重ねられたトレイ群を上昇させて、最下段のトレイ７１９Ｌをトレイ保持部７１ｐで保持する（図６(ｂ)参照）。
【００４３】
（２）駆動部７１ｋの動作により支持部７１ｑの直上まで使用済トレイ７１９Ａを移動させる（図６(ｂ)参照）。
【００４４】
（３）トレイ保持部７１ｊ、７１ｐの保持解除を行い、支持部７１ｑの上に全トレイを載置する。そして、全トレイを降下させ、最上段の次使用トレイ７１９Ｂをトレイ保持部７１ｊで保持し、位置決めプレート７１８まで搬送する（図６(ａ)参照）。
【００４５】
以上の動作により、トレイ交換が可能となる。
【００４６】
このような動作を行えるトレイ供給モジュール７１については、トレイ７１９の段積を３つ並置可能な幅を有するトレイ供給モジュール(以下では「ハーフサイズモジュール」ともいう)７１ａと、ハーフサイズモジュール７１ａに対して２倍の幅を有し２倍のトレイ収容能力があるトレイ供給モジュール(以下では「フルサイズモジュール」ともいう)７１ｂとが、モジュール装着部３の各櫛形部Ｔａ、Ｔｂに装着可能となっている。そして、図３および図４に示すようにトレイ供給モジュール７１ａ、７１ｂを作業台ＷＤの前後に装着すれば、ロボット４、５の前方および後方から部品等を供給できることとなる。すなわち、ロボット４やロボット５を挟んでトレイ供給モジュール（第１の作業関連ユニット）７１ａとトレイ供給モジュール（第２の作業関連ユニット）７１ｂとを互いに対向して配置することにより、ロボットの周囲に多くの作業関連モジュールＷＭを配置することが可能となる。
【００４７】
次に、図３に戻って特殊部品供給モジュール７２および特殊作業モジュール７３を説明する。
【００４８】
特殊部品供給モジュール７２には、上述した部品９１、９２(図５)と異なる特殊な部品、例えばテーピング部品等の物品が収められている。
【００４９】
特殊作業モジュール７３には、ロボット４、５で困難な作業を補うための物品、例えばハンダ作業を行うハンダツール等が収められている。
【００５０】
以上の特殊部品供給モジュール７２および特殊作業モジュール７３については、それぞれハーフサイズモジュール７１ａの例えば半分の幅を有しており、モジュール装着部３の櫛形部Ｔａ(Ｔｂ)に装着可能となっている。
【００５１】
図１に戻って、異なるタイプの２台のロボット４、５について説明する。
【００５２】
＜ロボット４、５の要部構成＞
ロボット４は、鉛直軸まわりの３つの旋回自由度のアーム結合の先端に鉛直軸方向の１つの伸縮自由度を持たせた４自由度の水平多関節ロボットとして構成されており、作業台ＷＤの上面に取付けられている。
【００５３】
ロボット５は、鉛直軸まわりの３つの旋回自由度の間に、水平軸まわりの３つの回動自由度をアーム結合した６自由度の垂直多関節ロボットとして構成されており、フレーム構造体２の上部のフレーム２１ｃに天吊状態で取付けられている。
【００５４】
図７は、作業台ＷＤを上方から見た概念的平面図である。
【００５５】
ロボット４、５の先端は、水平視で図７中に示すような可動範囲ＲＡ、ＲＢをそれぞれ有している。これらのロボット４、５の可動範囲ＲＡ、ＲＢは一部が欠けた略リング状となっている。
【００５６】
そして、これらの可動範囲ＲＡ、ＲＢにより作業台ＷＤの上面のうち大部分がカバーされるようになっている。また、組立装置１では、可動範囲ＲＡ，ＲＢの相互が作業台ＷＤ上で重なる共通可動範囲ＲＣが規定されている。この共通可動範囲ＲＣは、２台のロボット４、５が協働できる空間範囲であり、協働作業により組み立てられる部品９１、９２等を保持する組立用冶具１１は、共通可動範囲ＲＣ内に配置される。
【００５７】
２台のロボット４、５のうち、作業台ＷＤの上方に倒立姿勢で配置されるロボット５は、部品を把持して水平方向にその部品を組み付ける作業を行うことも可能であり、上下方向に部品を組み付ける作業も可能である。また、正立姿勢で配置されるロボット４は、部品を把持して上下方向に部品を組み付ける作業が可能である。したがって、たとえば上下方向に組み付ける部品についてはロボット４を使用し、水平方向に組み付ける部品はロボット５を使用するというような機能分担を持たせて協働させることができる。
【００５８】
ロボット４、５による組立作業においては、上述したトレイ供給モジュール７１によって、所定の組立体を組み立てる際に必要とされる部品を載置したトレイ７１９が位置決めプレート７１８にセットされることにより作業台ＷＤの外部から可動範囲ＲＡ，ＲＢ内に自動搬入される。一方、自動組立作業によって完成した組立体は、位置決めプレート７１８にセットされるトレイ７１９に収容された後に、トレイ供給モジュール７１によって可動範囲ＲＡ，ＲＢから作業台ＷＤの外部に自動搬出されるようになっている。
【００５９】
制御部６は、例えばＣＰＵおよびメモリを有し、２台のロボット４、５を協働させる制御を行ったり、トレイ供給モジュール７１によるトレイ７１９の搬送タイミング等の制御を行う。
【００６０】
以上のように組立装置１は、作業台ＷＤに直置きされた水平多関節のロボット４に加えて作業台ＷＤの上方に天吊された垂直多関節のロボット５を備えているため、２台のロボット４、５による組立作業において作業スペースの拡大が図れる。この作業スペースの拡大に関して、図８を参照し具体的に説明する。
【００６１】
背景技術で述べたように２台のロボットを作業台ＷＤに直置きして固定する場合には、作業台ＷＤにおいてロボット２台の設置部分が作業空間として利用できず比較的狭い作業スペースＳＰ１(平行斜線部)となる。そこで、本実施形態では、一方のロボットを天吊状態でフレーム構造体２に取付けることにより、そのロボットの下方に位置する作業空間を新たに獲得し、拡大された作業スペースＳＰ２(仮想線内)で組立作業が行えるようになっている。
【００６２】
特に、鉛直方向には１自由度しかないが高精度な作業を行える水平多関節のロボット４を作業台ＷＤ上に設置することにより、組立精度が必要な部品はロボット４を活用することができ、また組立作業の精度は低いがロボット４より鉛直方向の動作自由度が高く可動範囲の広い垂直多関節のロボット５を天吊状態で設置することにより、可動範囲がより広がって、組立作業の精度を維持しつつ作業スペースの拡大が図れることとなる。
【００６３】
また、組立装置１では、図８に示すようにフレーム構造体２の立体構造を利用してフレーム２１にロボット４から伸びるケーブルＣＢを這わすことも可能である。このようにフレーム構造体２のフレーム２１に沿った所定のルートＲＴに、ロボット４から延出するケーブルＣＢが敷設されると、ロボット４の動作においてケーブルが邪魔にならずロボット４の動作範囲を拡大できることとなる。同様に、ロボット５から延出するケーブル（不図示）についてもフレーム２１に這わすことによって、ロボット５の動作範囲が拡大できる。
【００６４】
＜変形例＞
上記の実施形態においては、水平多関節のロボット４を正立姿勢で作業台ＷＤ上に設置するのは必須でなく、例えば作業台ＷＤより高さが低い基台にロボット４を設置するようにしても良い。このような場合でも、作業台ＷＤ上に各ロボット４、５の可動範囲が重なる共通可動範囲を設ければ、この共通可動範囲において部品の組立作業を協働して行えることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る組立装置１の要部構成を示す斜視図である。
【図２】フレーム構造体２の要部構成を示す斜視図である。
【図３】モジュール装着部３を説明するための斜視図である。
【図４】モジュール装着部３を説明するための斜視図である。
【図５】トレイ７１９に載置される部品等の様子を示す斜視図である。
【図６】トレイ供給モジュール７１によるトレイ７１９の搬送動作を説明する図である。
【図７】作業台ＷＤを上方から見た概念的平面図である。
【図８】組立装置１の作業スペースＳＰ２を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  組立装置
２  フレーム構造体
３  モジュール装着部
４、５  ロボット
６  制御部
７  モジュール部
１１  組立用冶具
７１、７１ａ、７１ｂ  トレイ供給モジュール
７２  特殊部品供給モジュール
７３  特殊作業モジュール
９１、９２  部品
９３  組立体
７１９  トレイ
ＣＢ  ケーブル
ＲＡ、ＲＢ ロボットの可動範囲
ＲＣ  共通可動範囲
ＳＰ２  作業スペース
ＷＤ  作業台
ＷＭ  作業関連モジュール
【図１】
2007125634.tif 000003
【図２】
2007125634.tif 000004
【図３】
2007125634.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007125634.tif 000007
【図６】
2007125634.tif 000008
【図７】
2007125634.tif 000009
【図８】
2007125634.tif 000010