生産システム
【課題】ワークに複数の作業面が存在する場合に、ワークを安定して支持して、ロボットアームの変位を効果的に抑制し、ワークを高精度に位置決めすることができる生産システムを提供する。
【解決手段】生産システムは、ロボットアーム２０の先端に設けられ、ワーク５０を保持するハンド３０と、ワーク５０に対して作業を施す作業装置とを備えている。また、生産システムは、ロボットアーム２０の作業領域内に配置され、ハンド３０を支持する支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えている。ハンド３０には、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であってワーク５０の各作業面５０ａ〜５０ｃに平行となる被支持面３０ａ〜３０ｃが形成されている。ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面３０ａ〜３０ｃのうち、作業装置により作業が施されるワーク５０の作業面に平行な被支持面を、支持台６０の支持面に押し付ける。
【解決手段】生産システムは、ロボットアーム２０の先端に設けられ、ワーク５０を保持するハンド３０と、ワーク５０に対して作業を施す作業装置とを備えている。また、生産システムは、ロボットアーム２０の作業領域内に配置され、ハンド３０を支持する支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えている。ハンド３０には、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であってワーク５０の各作業面５０ａ〜５０ｃに平行となる被支持面３０ａ〜３０ｃが形成されている。ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面３０ａ〜３０ｃのうち、作業装置により作業が施されるワーク５０の作業面に平行な被支持面を、支持台６０の支持面に押し付ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームと、ロボットアームの先端に設けられたハンドと、ハンドに保持されたワークに作業を施す作業装置とを備えた生産システムに関し、特に作業装置による作業時の反力によるロボットアームの変位を抑制する生産システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームの先端に設けたハンドでワークを保持し、このワークに対して部品の組付作業や加工作業などの製造作業を施す作業装置を備えた生産システムが知られている。このような生産システムでは、製造作業実施時の作業装置による反力に抗してワークを所定の位置決め位置で支えるのは、複数の関節を介して連結されたロボットアームのみであった。
【０００３】
ロボットアームを駆動するためのサーボモータは指令位置と現在位置との位置偏差に応じてトルクを発生させている。このため、製造作業実施時の反力が大きい場合には、位置決め精度を維持しつつ製造作業実施時の反力に相当するトルクを発生させることは困難であり、位置決め誤差が生じてしまうことがあった。また、ワークを保持するロボットアームの先端では複数の関節での位置決め誤差が累積してしまい、位置決め精度はさらに低下する。その結果、ビス締め作業などの製造作業実施時の反力が大きい場合には、ロボットアームのみでワークを所定の位置決め位置に維持することは困難であり、部品の精確な組付作業が困難であった。
【０００４】
このような問題を改善するものとして、作業時に支持部材でハンドを支持する生産システムが提案されている（特許文献１参照）。この生産システムは、ワークに加工作業を施す加工装置と、ロボットアームの先端に設けられたハンドと、ハンドを支持する支持部を有する支持部材とを備えている。加工時にはハンドを支持部材の支持部に係合した状態を維持するとともに、加工装置と逆の方向に付勢して支持部にハンドを押付けることで、作業実施時の反力によるロボットアームの変位を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０９２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来の生産システムでは、ハンドを支持部に押し付けて、ロボットアームの変位を抑制しているが、ワークに対して一方向からの作業を前提としているものである。したがって、ワークに複数の作業面が存在する場合には、上述した従来の生産システムでは対応できなかった。つまり、上述した生産システムでは、ワークにおいて作業が施される作業面とハンドにおいて支持部に押し付けられる被支持面とが平行でない場合には、ロボットアーム（即ち、ワーク）が変位してしまう可能性があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ワークに複数の作業面が存在する場合に、ワークを安定して支持して、ロボットアームの変位を効果的に抑制し、ワークを高精度に位置決めすることができる生産システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ワークの複数の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、多関節のロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、を備え、前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ハンドには、保持するワークの各作業面に平行な被支持面がそれぞれ形成されており、各作業面に作業を施す際に、ロボットアームにより、各作業面に平行なそれぞれの被支持面が支持面に押し付けられる。したがって、作業装置によりワークの各作業面に作業を施す際に、ワークを安定して支持することができ、ロボットアームの変位が抑制され、ワークを高精度に位置決め保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。
【図２】各搬送用ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図３】作業装置によりワークの作業面に作業を施すのに先立つロボットアームの動作を説明するための図である。（ａ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｂ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。また、（ｃ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｄ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。
【図４】作業装置によりワークの第２の作業面に作業を施すのに先立つロボットアームの動作を説明するための図である。（ａ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｂ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。
【図５】本実施形態の生産システムでの生産タクト短縮効果を示したロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図である。（ａ）は仮に支持台に支持面を設けない場合のロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図、（ｂ）は本実施形態のロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。図１において、生産システム１００は、ワーク供給装置１１と、少なくとも１台（図１では、２台）の作業装置１２，１３と、少なくとも１台（図１では３台）の搬送用ユニット１４とを備えている。ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３は、ワーク５０の搬送方向（矢印Ａ方向）に沿って一列に配置されている。
【００１２】
これらワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３による作業位置を結ぶように、ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３に沿ってレール１５が配置されている。各搬送用ユニット１４は、搬送用ロボット４０を有し、ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３によるそれぞれの作業位置に、レール１５に沿って順次移動するように構成されている。
【００１３】
ワーク供給装置１１は、多関節のロボットアーム１１ａとロボットアーム１１ａの先端に設けられたハンド１１ｂとを有する作業用ロボットである。ワーク供給装置１１は、例えばベルトコンベアなどにより連続的に供給されるワーク５０をハンド１１ｂにより把持して搬送用ユニット１４の搬送用ロボット４０に供給する。
【００１４】
作業装置１２，１３は、搬送用ユニット１４により搬送されたワーク５０に作業を施すものであり、本実施形態では、ワーク５０に不図示の部品供給装置から供給された部品を組み付ける組付作業を施すものである。具体的には、作業装置１２は、多関節のロボットアーム１２ａと、ロボットアーム１２ａの先端に設けられたハンド１２ｂとを有する作業用ロボットである。また、作業装置１３は、多関節のロボットアーム１３ａと、ロボットアーム１３ａの先端に設けられたハンド１３ｂとを有する作業用ロボットである。
【００１５】
これら作業装置１２，１３は、生産工程に応じて配置される。つまり、作業装置は少なくとも１台設けられていればよいが、本実施形態では、複数（２台）の作業装置１２，１３が設けられている。なお、作業装置１２，１３は、ワーク５０に加工作業を施す加工装置（例えば穴あけ加工装置等）であってもよい。
【００１６】
図２は、各搬送用ユニット１４の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、各搬送用ユニット１４は、レール１５に沿ってワーク供給装置１１及び各作業装置１２，１３による作業位置に順次移動するスライダ１６を備えている。各スライダ１６は、各々独立して自走可能に構成されている。本実施形態では、レール１５及びスライダ１６はリニアサーボモータであり、レール１５が固定子、スライダ１６が可動子である。
【００１７】
各搬送用ユニット１４の搬送用ロボット４０は、スライダ１６上に搭載された多関節のロボットアーム２０と、ロボットアーム２０の先端に設けられ、ワーク供給装置１１により供給されたワーク５０を保持するハンド３０とを有する。
【００１８】
また、各搬送用ユニット１４は、スライダ１６上に搭載され、ワーク５０を保持したハンド３０を支持する複数の支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えている。本実施形態では、支持台６０は、互いに直交する一対の支持面６０ａ，６０ｂを有しており、一方の支持面６０ａは水平に形成され、他方の支持面６０ｂは垂直に形成されている。支持台６０は、ハンド３０が支持面６０ａの上方及び支持面６０ｂの側方に移動できるように、ロボットアーム２０の作業領域内に配置されている。
【００１９】
ロボットアーム２０は、Ｙ軸方向に移動可能な直動軸２１と、水平方向に旋回可能な旋回軸２２と、垂直方向に旋回可能な旋回軸２３〜２５とにより構成される。また、旋回軸２３〜２５を協調して動作させることでロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０をＺ軸方向に直進動作させることが可能となっている。ここで、水平面内のレール１５に平行な方向をＸ軸方向、水平面内のレール１５に直角な方向をＹ軸方向、垂直方向をＺ軸方向とする。直動軸２１は、例えばサーボモータの回転をボールネジにより直進運動に変換することで駆動され、旋回軸２２〜２５は、例えばサーボモータの回転により各々駆動される。また、各サーボモータは電流値に制限をかけることで一定のトルクで駆動する駆動部を備えている。
【００２０】
旋回軸２５の先端には、ハンド３０が設けられている。ハンド３０は、チャック機構３１とチャック機構３１により開閉駆動される一対のフィンガ３２とで構成されている。
【００２１】
本実施形態の生産システム１００で製造作業が施されるワーク５０は、事務機器などの作業を施す必要のある複数の作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃを有するワークである。生産システム１００では、ワーク５０の各作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃに部品を組付ける組付作業を順次行う。つまり、複数の作業装置１２，１３でワーク５０の複数（Ｎ面（Ｎは２以上の整数））の作業面５０ａ〜５０ｃに順次作業を施す。本実施形態では、Ｎ＝３であり、ワーク５０は、３面の作業面５０ａ〜５０ｃを有する。複数の作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、互いに交差するように形成されており、特に、作業面５０ａと作業面５０ｃとは互いに直交するように形成されている。
【００２２】
ハンド３０には、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であってワーク５０の各作業面５０ａ〜５０ｃに平行となる平面状の被支持面がそれぞれ形成されている。つまり、ハンド３０には、複数（Ｎ面）の被支持面３０ａ，３０ｂ，３０ｃが形成されている。そして、ハンド３０によりワーク５０が保持された状態において、ロボットアーム２０の姿勢によらず、作業面５０ａと被支持面３０ａとが、作業面５０ｂと被支持面３０ｂとが、作業面５０ｃと被支持面３０ｃとが各々平行になるよう構成されている。
【００２３】
本実施形態では、支持台６０の支持面６０ａはハンド３０の被支持面３０ａ及び被支持面３０ｂを、支持台６０の支持面６０ｂはハンド３０の被支持面３０ｃをそれぞれ押し当て可能な形状となっている。
【００２４】
また、本実施形態では、作業装置１２は、ワーク５０の作業面５０ａにＺ軸方向から部品を組付ける第１の組付作業と、ワーク５０の作業面５０ｂにＺ軸方向から部品を組付ける第２の組付作業とを順次実施する。また、作業装置１３は、ワーク５０の作業面５０ｃにＹ軸方向から部品を組付ける第３の組付作業と、ワーク５０の作業面５０ｂにＺ軸方向から部品を組付ける第４の組付作業とを順次実施する。
【００２５】
以下、生産システム１００の動作について図１及び図２を参照しながら説明する。まず、例えばベルトコンベアにより、ワーク５０の作業面５０ａが水平上面になるように姿勢が整えられた状態でワーク５０をワーク供給装置１１に搬送すると共に、スライダ１６を上流より前進させてワーク供給装置１１の作業位置に移動させる。そして、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、ワーク供給装置１１のワーク供給位置に搬送用ロボット４０のハンド３０を位置決めさせる。
【００２６】
ハンド３０の一対のフィンガ３２にワーク５０を把持させた後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、ワーク５０を受け取るワーク供給位置から支持台６０に支持させる支持位置にハンド３０を移動させる。
【００２７】
次いで、スライダ１６を下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａに、ハンド３０の被支持面３０ａを押し当てさせる。つまり、ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面のうち、スライダ１６による移動先での作業装置１２により作業が施されるワーク５０の作業面５０ａに平行な被支持面３０ａを、支持台６０の支持面６０ａに押し付ける。
【００２８】
支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態で、スライダ１６を停止させ、レール１５に沿うように設置された作業装置１２の作業位置に、ロボットアーム２０の先端に設けられたハンド３０を位置決めさせる。
【００２９】
この作業装置１２による作業に先立つロボットアーム２０の動作について詳細に説明する。図３は、作業装置１２によりワーク５０の作業面５０ａ，５０ｂに作業を施すのに先立つロボットアーム２０の動作を説明するための図である。
【００３０】
ワーク供給装置１１よりワーク５０を取出した後、図３（ａ）に示すように、ロボットアーム２０は、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ａとが接触せず、且つ支持面６０ａと被支持面３０ａとが平行な姿勢Ｐ１にハンド３０を移動させる。姿勢Ｐ１の状態で直動軸２１及び旋回軸２２はサーボロック状態にする。ロボットアーム２０は、旋回軸２３〜２５のサーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでＺ軸方向に下降させ、図３（ｂ）に示すように、支持台６０の支持面６０ａにハンド３０の被支持面３０ａを押し付ける。
【００３１】
この状態で、図１に示す作業装置１２により、ハンド３０に把持されたワーク５０の作業面５０ａに、Ｚ軸方向（支持面６０ａに垂直な方向）から第１の組付作業が実施される。なお、第１の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１２による第１の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態を維持させる。この状態では、作業面５０ａと被支持面３０ａとが平行であり、且つ被支持面３０ａと支持面６０ａとが平行であるため、第１の組付作業実施時の反力を支持面６０ａで反力に対して鉛直に支えることができる。つまり、作業装置１２による第１の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による被支持面３０ａの押し付け状態を維持することで、第１の組付作業実施時の反力Ｆ１を支持台６０の支持力Ｆ２で支持することができる。また、各サーボモータの電流値に各々制限をかけることで、一定の力で支持面６０ａと被支持面３０ａを押し当てることができ、ハンド３０を衝突させた場合のような過大な負荷を各サーボモータにかけずに済む。
【００３２】
第１の組付作業が完了した後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態を解除する。その後、ロボットアーム２０の旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａにハンド３０の被支持面３０ｂを押し当てさせ、ハンド３０を位置決めさせる。
【００３３】
具体的に説明すると、図３（ｃ）に示すように、ロボットアーム２０は、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ｂが接触せず、且つ支持面６０ａと被支持面３０ｂが平行な姿勢Ｐ２にハンド３０を移動させる。ロボットアーム２０は、各サーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでＺ軸方向に下降させ、図３（ｄ）に示すように、支持面６０ａに被支持面３０ｂを押し付ける。
【００３４】
この状態で、図１に示す作業装置１２により、ハンド３０により把持されたワーク５０の作業面５０ｂに、Ｚ軸方向（支持面６０ａに垂直な方向）から第２の組付作業が実施される。なお、第２の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１２による第２の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、支持面６０ａと被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を維持させる。この第２の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０により被支持面３０ｂの押し付け状態を維持することで、第２の組付作業実施時の反力Ｆ３を支持台６０の支持力Ｆ４で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００３５】
以上、作業装置１２は一方向（支持面６０ａに垂直な方向）からワーク５０のそれぞれの作業面５０ａ，５０ｂに作業を施すものであり、作業する作業面を切り替える場合には、ロボットアーム２０によりハンド３０（ワーク５０）の姿勢を変更する。
【００３６】
これに対し、作業装置１３は、二方向（支持面６０ａに垂直な方向及び支持面６０ｃに垂直な方向）からワークのそれぞれの作業面５０ａ，５０ｃに作業を施すものであり、作業する作業面を切り替える場合には、作業装置１３の姿勢を変更する。
【００３７】
以下、互いに直交する一対の作業面５０ｂ，５０ｃのうち、一方の作業面５０ｂを第１の作業面、他方の作業面５０ｃを第２の作業面として説明する。また、互いに直交する支持台６０の一対の支持面６０ａ，６０ｂのうち、一方の支持面６０ａを第１の支持面、他方の支持面６０ｂを第２の支持面として説明する。またハンド３０において、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であって、ワーク５０の第１の作業面５０ｂに平行となる被支持面３０ｂを第１の被支持面、第２の作業面５０ｃに平行となる被支持面３０ｃを第２の被支持面として説明する。
【００３８】
作業装置１２による第２の組付作業が完了した後、スライダ１６を下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を解除する。
【００３９】
その後、ロボットアーム２０の直動軸２１を動作させて、支持台６０の第２の支持面６０ｂにハンド３０の第２の被支持面３０ｃを押し当てさせる。つまり、ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面のうち、スライダ１６による移動先での作業装置１３により作業が施されるワーク５０の第２の作業面５０ｃに平行な第２の被支持面３０ｃを、支持台６０の第２の支持面６０ｂに押し付ける。第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態でスライダ１６を停止させ、レール１５に沿うように設置された作業装置１３の作業位置に、ハンド３０を位置決めさせる。
【００４０】
この作業装置１３による作業に先立つロボットアーム２０の動作について詳細に説明する。図４は、作業装置１３によりワーク５０の第２の作業面５０ｃに作業を施すのに先立つロボットアーム２０の動作を説明するための図である。
【００４１】
作業装置１２による第２の組付作業が完了した後、図４（ａ）に示すように、支持台６０の第２の支持面６０ｂとハンド３０の第２の被支持面３０ｃが接触せず、且つ第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃが平行な姿勢Ｐ３にハンド３０を移動させる。なお、姿勢Ｐ３では第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂも平行となっている。姿勢Ｐ３の状態で旋回軸２２〜２５をサーボロック状態にする。ロボットアーム２０は、直動軸２１のサーボモータの電流値に制限をかけた状態で直動軸２１が駆動され、図４（ｂ）に示すように、ハンド３０の第２の被支持面３０ｃを支持台６０の第２の支持面６０ｂに押し付ける。
【００４２】
この状態で、図１に示す作業装置１３により、ハンド３０により把持されたワーク５０の第２の作業面５０ｃに、Ｙ軸方向（第２の支持面６０ｂに垂直な方向）から第３の組付作業が実施される。なお、第３の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の直動軸２１の動作により、ハンド３０を作業装置１３による第３の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態を維持させる。この第３の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による第２の被支持面３０ｃの押し付け状態を維持することで、第３の組付作業実施時の反力Ｆ５を支持台６０の支持力Ｆ６で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００４３】
次に、第３の組付作業が完了した後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態を解除する。そして、ロボットアーム２０は、図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３にハンド３０を移動させる。このとき、ハンド３０の姿勢は維持されたままである。
【００４４】
その後、各サーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでハンド３０をＺ軸方向に下降させ、第２の組付作業による反力を支持する場合と同様に、第１の支持面６０ｂに第１の被支持面３０ｂを押し当てさせる。これにより、ハンド３０を位置決めさせる。
【００４５】
この状態で、作業装置１３により、ハンド３０により把持されたワーク５０の第１の作業面５０ｂに、Ｚ軸方向（第１の支持面６０ａに垂直な方向）から第４の組付作業が実施される。なお、第４の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１３による第４の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を維持させる。この第４の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による第１の被支持面３０ｂの押し付け状態を維持することで、第４の組付作業実施時の反力Ｆ３（図３（ｄ））を支持台６０の支持力Ｆ４で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００４６】
このように生産システム１００ではスライダ１６を適宜下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の動作により支持台６０の支持面とハンド３０の被支持面とが押し当てられた状態でワーク５０を位置決めする。このように位置決めされたワーク５０に各作業装置が作業することで一連の作業が順次実施される。
【００４７】
以上、本実施形態では、作業装置１３による作業において、ハンド３０の姿勢を変更せずに、第３の組付作業及び第４の組付作業を行っている。以下、生産システム１００における生産タクト短縮効果について、図５を参照しながら説明する。
【００４８】
図５（ａ）は、仮に支持台６０に支持面６０ｂを設けない場合のロボットアーム２０及び作業装置１３の動作を示す動作サイクル図であり、図５（ｂ）は、本実施形態のロボットアーム２０及び作業装置１３の動作を示す動作サイクル図である。
【００４９】
まず、仮に支持台６０に支持面６０ｂを設けない場合について説明する。第３の組付作業による反力を支持するためには、支持面６０ａと被支持面３０ｃとを平行にする必要があり、第４の組付作業による反力を支持するためには、支持面６０ａと被支持面３０ｂとを平行にする必要がある。このため、第３の組付作業による反力と第４の組付作業による反力を支持するために、ワーク５０をＸ軸回りに９０度回転させる必要がある。従って、ロボットアーム２０にワーク５０をＸ軸回りに回転させる機構が必要になると共に、図５（ａ）に示すように、ロボットアーム２０の先端を支持するための姿勢を変換する時間が必要になる。これにより、作業装置１３は、組付作業を実施しない待機時間が長くなってしまう。
【００５０】
一方、本実施形態の生産システム１００では、支持台６０に、第１の支持面６０ａと第２の支持面６０ｂとが互いに直交するように設けられている。本実施形態では、ワーク５０をＸ軸回りに回転させる必要はなく（即ちハンド３０の姿勢を変更する必要はなく）、ロボットアーム２０はより少ない姿勢の変換で済む。
【００５１】
また、生産システム１００では第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂが平行であり、且つ第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃが平行なロボットアーム２０の姿勢を図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３としている。このため、第３の組付作業完了後にロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０を支持するための姿勢の変換が不要である。従って、図５（ｂ）に示すように、ロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０を支持するための姿勢を変換する時間がなくなり、組付作業を実施しない待機時間を短縮することが可能になる。
【００５２】
このように生産システム１００は、複数の支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えているので、製造作業実施時の反力を支持する方向を変更できるため、ワーク５０の複数の作業面への作業を順次実施する場合のワーク５０の姿勢の変換がより小さくてすむ。このため、ハンド３０を支持するための動作をより短い時間で完了でき、生産効率の向上が可能である。
【００５３】
また生産システム１００は、スライダ１６に支持台６０とロボットアーム２０を設置しているので、スライダ１６の前進と同時に支持台６０の支持面とハンド３０の被支持面とを押し当てることができる。このため、スライダ１６が停止すると共に各作業装置１２，１３による作業を実施することができる。従って、生産システム全体のタクトを短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００５４】
また、生産システム１００のハンド３０には、保持するワーク５０の各作業面に平行な被支持面３０ａ〜３０ｃがそれぞれ形成されている。そして、各作業面５０ａ〜５０ｃに作業を施す際に、ロボットアーム２０により、各作業面に平行なそれぞれの被支持面が支持台６０の支持面に押し付けられる。したがって、作業装置１２，１３によりワーク５０の各作業面に作業を施す際に、ワーク５０を安定して支持することができ、ロボットアーム２０の変位が抑制され、ワーク５０を高精度に位置決め保持することができる。
【００５５】
また、ハンド３０に複数の被支持面３０ａ〜３０ｃを有することで、複数の支持台を個別に設置せずに、ワーク５０の複数の姿勢で製造作業による反力を支持することが出来る。このため、支持台６０に使用する部品点数を削減させることができ、生産ライン全体を簡易化、且つ低コスト化することができる。
【００５６】
次に、生産システム１００における位置決め位置の変更方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００５７】
異なるワークを投入する場合や、ワークの形状に変更があった場合には、作業装置の作業位置、若しくはロボットアーム２０の位置決め位置の変更が必要になることがある。作業装置が空圧を用いた一方向にのみ動作可能なエアシリンダ等により構成されている場合は、作業装置の作業位置の変更のみでは対応できず、ロボットアーム２０の位置決め位置を変更する必要がある。また、作業装置が自由度の高い６軸のロボットアーム等により構成されている場合であっても、作業位置の変更に伴って部品の組付状態を確認するために設置されたカメラやセンサの取付位置の変更が必要となることがある。このため、作業装置の作業位置の変更を行うよりも、搬送用のロボットアーム２０の位置決め位置を変更するほうが効率がよく、生産システムの自動化までの時間が短縮される場合がある。
【００５８】
第１の組付作業の作業位置に変更があった場合は、図３（ａ）に示す姿勢Ｐ１の、第２の組付作業の作業位置若しくは第４の作業位置に変更があった場合は、図３（ｃ）に示す姿勢Ｐ２の教示位置を変更すれば良い。Ｘ軸方向に変更があった場合はスライダ１６の教示位置のみを、Ｙ軸方向に変更があった場合は直動軸２１の教示位置のみをそれぞれ変更することで対応ができる。水平面内にワーク５０を回転させる必要がある場合には、スライダ１６と直動軸２１と旋回軸２２との教示位置を変更することで、対応することができる。
【００５９】
また、第３の作業位置に変更があった場合は図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３の教示位置を変更すれば良い。Ｘ軸方向に変更があった場合はスライダ１６の教示位置のみを、Ｚ軸方向に変更があった場合は旋回軸２３〜２５の教示位置をそれぞれ変更することで対応ができる。
【００６０】
このように本実施形態の生産システム１００では、異なるワークを投入する場合や、ワークの形状に変更があった場合でも、搬送用のロボットアーム２０の位置決め位置を変更することで対応でき、生産システムの自動化までの時間が短縮できる。
【００６１】
なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６２】
上記実施形態では、複数の作業装置がある場合について説明したが、１台の作業装置のみの場合であっても、本願発明は適用可能である。この場合、１台の作業装置がワークの複数の作業面に対して作業を施すこととなる。
【符号の説明】
【００６３】
１２，１３…作業装置、１４…搬送用ユニット、１５…レール、１６…スライダ、２０…ロボットアーム、３０…ハンド、３０ａ〜３０ｃ…被支持面、５０…ワーク、５０ａ〜５０ｃ…作業面、６０…支持台、６０ａ〜６０ｃ…支持面、１００…生産システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームと、ロボットアームの先端に設けられたハンドと、ハンドに保持されたワークに作業を施す作業装置とを備えた生産システムに関し、特に作業装置による作業時の反力によるロボットアームの変位を抑制する生産システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームの先端に設けたハンドでワークを保持し、このワークに対して部品の組付作業や加工作業などの製造作業を施す作業装置を備えた生産システムが知られている。このような生産システムでは、製造作業実施時の作業装置による反力に抗してワークを所定の位置決め位置で支えるのは、複数の関節を介して連結されたロボットアームのみであった。
【０００３】
ロボットアームを駆動するためのサーボモータは指令位置と現在位置との位置偏差に応じてトルクを発生させている。このため、製造作業実施時の反力が大きい場合には、位置決め精度を維持しつつ製造作業実施時の反力に相当するトルクを発生させることは困難であり、位置決め誤差が生じてしまうことがあった。また、ワークを保持するロボットアームの先端では複数の関節での位置決め誤差が累積してしまい、位置決め精度はさらに低下する。その結果、ビス締め作業などの製造作業実施時の反力が大きい場合には、ロボットアームのみでワークを所定の位置決め位置に維持することは困難であり、部品の精確な組付作業が困難であった。
【０００４】
このような問題を改善するものとして、作業時に支持部材でハンドを支持する生産システムが提案されている（特許文献１参照）。この生産システムは、ワークに加工作業を施す加工装置と、ロボットアームの先端に設けられたハンドと、ハンドを支持する支持部を有する支持部材とを備えている。加工時にはハンドを支持部材の支持部に係合した状態を維持するとともに、加工装置と逆の方向に付勢して支持部にハンドを押付けることで、作業実施時の反力によるロボットアームの変位を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０９２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来の生産システムでは、ハンドを支持部に押し付けて、ロボットアームの変位を抑制しているが、ワークに対して一方向からの作業を前提としているものである。したがって、ワークに複数の作業面が存在する場合には、上述した従来の生産システムでは対応できなかった。つまり、上述した生産システムでは、ワークにおいて作業が施される作業面とハンドにおいて支持部に押し付けられる被支持面とが平行でない場合には、ロボットアーム（即ち、ワーク）が変位してしまう可能性があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ワークに複数の作業面が存在する場合に、ワークを安定して支持して、ロボットアームの変位を効果的に抑制し、ワークを高精度に位置決めすることができる生産システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ワークの複数の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、多関節のロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、を備え、前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ハンドには、保持するワークの各作業面に平行な被支持面がそれぞれ形成されており、各作業面に作業を施す際に、ロボットアームにより、各作業面に平行なそれぞれの被支持面が支持面に押し付けられる。したがって、作業装置によりワークの各作業面に作業を施す際に、ワークを安定して支持することができ、ロボットアームの変位が抑制され、ワークを高精度に位置決め保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。
【図２】各搬送用ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図３】作業装置によりワークの作業面に作業を施すのに先立つロボットアームの動作を説明するための図である。（ａ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｂ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。また、（ｃ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｄ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。
【図４】作業装置によりワークの第２の作業面に作業を施すのに先立つロボットアームの動作を説明するための図である。（ａ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触する前の状態を示す図、（ｂ）は支持台の支持面とハンドの被支持面とが接触した状態を示す図である。
【図５】本実施形態の生産システムでの生産タクト短縮効果を示したロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図である。（ａ）は仮に支持台に支持面を設けない場合のロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図、（ｂ）は本実施形態のロボットアーム及び作業装置の動作を示す動作サイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る生産システムの概略構成を示す斜視図である。図１において、生産システム１００は、ワーク供給装置１１と、少なくとも１台（図１では、２台）の作業装置１２，１３と、少なくとも１台（図１では３台）の搬送用ユニット１４とを備えている。ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３は、ワーク５０の搬送方向（矢印Ａ方向）に沿って一列に配置されている。
【００１２】
これらワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３による作業位置を結ぶように、ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３に沿ってレール１５が配置されている。各搬送用ユニット１４は、搬送用ロボット４０を有し、ワーク供給装置１１及び複数の作業装置１２，１３によるそれぞれの作業位置に、レール１５に沿って順次移動するように構成されている。
【００１３】
ワーク供給装置１１は、多関節のロボットアーム１１ａとロボットアーム１１ａの先端に設けられたハンド１１ｂとを有する作業用ロボットである。ワーク供給装置１１は、例えばベルトコンベアなどにより連続的に供給されるワーク５０をハンド１１ｂにより把持して搬送用ユニット１４の搬送用ロボット４０に供給する。
【００１４】
作業装置１２，１３は、搬送用ユニット１４により搬送されたワーク５０に作業を施すものであり、本実施形態では、ワーク５０に不図示の部品供給装置から供給された部品を組み付ける組付作業を施すものである。具体的には、作業装置１２は、多関節のロボットアーム１２ａと、ロボットアーム１２ａの先端に設けられたハンド１２ｂとを有する作業用ロボットである。また、作業装置１３は、多関節のロボットアーム１３ａと、ロボットアーム１３ａの先端に設けられたハンド１３ｂとを有する作業用ロボットである。
【００１５】
これら作業装置１２，１３は、生産工程に応じて配置される。つまり、作業装置は少なくとも１台設けられていればよいが、本実施形態では、複数（２台）の作業装置１２，１３が設けられている。なお、作業装置１２，１３は、ワーク５０に加工作業を施す加工装置（例えば穴あけ加工装置等）であってもよい。
【００１６】
図２は、各搬送用ユニット１４の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、各搬送用ユニット１４は、レール１５に沿ってワーク供給装置１１及び各作業装置１２，１３による作業位置に順次移動するスライダ１６を備えている。各スライダ１６は、各々独立して自走可能に構成されている。本実施形態では、レール１５及びスライダ１６はリニアサーボモータであり、レール１５が固定子、スライダ１６が可動子である。
【００１７】
各搬送用ユニット１４の搬送用ロボット４０は、スライダ１６上に搭載された多関節のロボットアーム２０と、ロボットアーム２０の先端に設けられ、ワーク供給装置１１により供給されたワーク５０を保持するハンド３０とを有する。
【００１８】
また、各搬送用ユニット１４は、スライダ１６上に搭載され、ワーク５０を保持したハンド３０を支持する複数の支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えている。本実施形態では、支持台６０は、互いに直交する一対の支持面６０ａ，６０ｂを有しており、一方の支持面６０ａは水平に形成され、他方の支持面６０ｂは垂直に形成されている。支持台６０は、ハンド３０が支持面６０ａの上方及び支持面６０ｂの側方に移動できるように、ロボットアーム２０の作業領域内に配置されている。
【００１９】
ロボットアーム２０は、Ｙ軸方向に移動可能な直動軸２１と、水平方向に旋回可能な旋回軸２２と、垂直方向に旋回可能な旋回軸２３〜２５とにより構成される。また、旋回軸２３〜２５を協調して動作させることでロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０をＺ軸方向に直進動作させることが可能となっている。ここで、水平面内のレール１５に平行な方向をＸ軸方向、水平面内のレール１５に直角な方向をＹ軸方向、垂直方向をＺ軸方向とする。直動軸２１は、例えばサーボモータの回転をボールネジにより直進運動に変換することで駆動され、旋回軸２２〜２５は、例えばサーボモータの回転により各々駆動される。また、各サーボモータは電流値に制限をかけることで一定のトルクで駆動する駆動部を備えている。
【００２０】
旋回軸２５の先端には、ハンド３０が設けられている。ハンド３０は、チャック機構３１とチャック機構３１により開閉駆動される一対のフィンガ３２とで構成されている。
【００２１】
本実施形態の生産システム１００で製造作業が施されるワーク５０は、事務機器などの作業を施す必要のある複数の作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃを有するワークである。生産システム１００では、ワーク５０の各作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃに部品を組付ける組付作業を順次行う。つまり、複数の作業装置１２，１３でワーク５０の複数（Ｎ面（Ｎは２以上の整数））の作業面５０ａ〜５０ｃに順次作業を施す。本実施形態では、Ｎ＝３であり、ワーク５０は、３面の作業面５０ａ〜５０ｃを有する。複数の作業面５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、互いに交差するように形成されており、特に、作業面５０ａと作業面５０ｃとは互いに直交するように形成されている。
【００２２】
ハンド３０には、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であってワーク５０の各作業面５０ａ〜５０ｃに平行となる平面状の被支持面がそれぞれ形成されている。つまり、ハンド３０には、複数（Ｎ面）の被支持面３０ａ，３０ｂ，３０ｃが形成されている。そして、ハンド３０によりワーク５０が保持された状態において、ロボットアーム２０の姿勢によらず、作業面５０ａと被支持面３０ａとが、作業面５０ｂと被支持面３０ｂとが、作業面５０ｃと被支持面３０ｃとが各々平行になるよう構成されている。
【００２３】
本実施形態では、支持台６０の支持面６０ａはハンド３０の被支持面３０ａ及び被支持面３０ｂを、支持台６０の支持面６０ｂはハンド３０の被支持面３０ｃをそれぞれ押し当て可能な形状となっている。
【００２４】
また、本実施形態では、作業装置１２は、ワーク５０の作業面５０ａにＺ軸方向から部品を組付ける第１の組付作業と、ワーク５０の作業面５０ｂにＺ軸方向から部品を組付ける第２の組付作業とを順次実施する。また、作業装置１３は、ワーク５０の作業面５０ｃにＹ軸方向から部品を組付ける第３の組付作業と、ワーク５０の作業面５０ｂにＺ軸方向から部品を組付ける第４の組付作業とを順次実施する。
【００２５】
以下、生産システム１００の動作について図１及び図２を参照しながら説明する。まず、例えばベルトコンベアにより、ワーク５０の作業面５０ａが水平上面になるように姿勢が整えられた状態でワーク５０をワーク供給装置１１に搬送すると共に、スライダ１６を上流より前進させてワーク供給装置１１の作業位置に移動させる。そして、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、ワーク供給装置１１のワーク供給位置に搬送用ロボット４０のハンド３０を位置決めさせる。
【００２６】
ハンド３０の一対のフィンガ３２にワーク５０を把持させた後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、ワーク５０を受け取るワーク供給位置から支持台６０に支持させる支持位置にハンド３０を移動させる。
【００２７】
次いで、スライダ１６を下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａに、ハンド３０の被支持面３０ａを押し当てさせる。つまり、ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面のうち、スライダ１６による移動先での作業装置１２により作業が施されるワーク５０の作業面５０ａに平行な被支持面３０ａを、支持台６０の支持面６０ａに押し付ける。
【００２８】
支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態で、スライダ１６を停止させ、レール１５に沿うように設置された作業装置１２の作業位置に、ロボットアーム２０の先端に設けられたハンド３０を位置決めさせる。
【００２９】
この作業装置１２による作業に先立つロボットアーム２０の動作について詳細に説明する。図３は、作業装置１２によりワーク５０の作業面５０ａ，５０ｂに作業を施すのに先立つロボットアーム２０の動作を説明するための図である。
【００３０】
ワーク供給装置１１よりワーク５０を取出した後、図３（ａ）に示すように、ロボットアーム２０は、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ａとが接触せず、且つ支持面６０ａと被支持面３０ａとが平行な姿勢Ｐ１にハンド３０を移動させる。姿勢Ｐ１の状態で直動軸２１及び旋回軸２２はサーボロック状態にする。ロボットアーム２０は、旋回軸２３〜２５のサーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでＺ軸方向に下降させ、図３（ｂ）に示すように、支持台６０の支持面６０ａにハンド３０の被支持面３０ａを押し付ける。
【００３１】
この状態で、図１に示す作業装置１２により、ハンド３０に把持されたワーク５０の作業面５０ａに、Ｚ軸方向（支持面６０ａに垂直な方向）から第１の組付作業が実施される。なお、第１の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１２による第１の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態を維持させる。この状態では、作業面５０ａと被支持面３０ａとが平行であり、且つ被支持面３０ａと支持面６０ａとが平行であるため、第１の組付作業実施時の反力を支持面６０ａで反力に対して鉛直に支えることができる。つまり、作業装置１２による第１の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による被支持面３０ａの押し付け状態を維持することで、第１の組付作業実施時の反力Ｆ１を支持台６０の支持力Ｆ２で支持することができる。また、各サーボモータの電流値に各々制限をかけることで、一定の力で支持面６０ａと被支持面３０ａを押し当てることができ、ハンド３０を衝突させた場合のような過大な負荷を各サーボモータにかけずに済む。
【００３２】
第１の組付作業が完了した後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持面６０ａと被支持面３０ａとが押し当てられた状態を解除する。その後、ロボットアーム２０の旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａにハンド３０の被支持面３０ｂを押し当てさせ、ハンド３０を位置決めさせる。
【００３３】
具体的に説明すると、図３（ｃ）に示すように、ロボットアーム２０は、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ｂが接触せず、且つ支持面６０ａと被支持面３０ｂが平行な姿勢Ｐ２にハンド３０を移動させる。ロボットアーム２０は、各サーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでＺ軸方向に下降させ、図３（ｄ）に示すように、支持面６０ａに被支持面３０ｂを押し付ける。
【００３４】
この状態で、図１に示す作業装置１２により、ハンド３０により把持されたワーク５０の作業面５０ｂに、Ｚ軸方向（支持面６０ａに垂直な方向）から第２の組付作業が実施される。なお、第２の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１２による第２の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、支持面６０ａと被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を維持させる。この第２の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０により被支持面３０ｂの押し付け状態を維持することで、第２の組付作業実施時の反力Ｆ３を支持台６０の支持力Ｆ４で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００３５】
以上、作業装置１２は一方向（支持面６０ａに垂直な方向）からワーク５０のそれぞれの作業面５０ａ，５０ｂに作業を施すものであり、作業する作業面を切り替える場合には、ロボットアーム２０によりハンド３０（ワーク５０）の姿勢を変更する。
【００３６】
これに対し、作業装置１３は、二方向（支持面６０ａに垂直な方向及び支持面６０ｃに垂直な方向）からワークのそれぞれの作業面５０ａ，５０ｃに作業を施すものであり、作業する作業面を切り替える場合には、作業装置１３の姿勢を変更する。
【００３７】
以下、互いに直交する一対の作業面５０ｂ，５０ｃのうち、一方の作業面５０ｂを第１の作業面、他方の作業面５０ｃを第２の作業面として説明する。また、互いに直交する支持台６０の一対の支持面６０ａ，６０ｂのうち、一方の支持面６０ａを第１の支持面、他方の支持面６０ｂを第２の支持面として説明する。またハンド３０において、ワーク５０を保持した際にワーク５０に接触する面とは反対側であって、ワーク５０の第１の作業面５０ｂに平行となる被支持面３０ｂを第１の被支持面、第２の作業面５０ｃに平行となる被支持面３０ｃを第２の被支持面として説明する。
【００３８】
作業装置１２による第２の組付作業が完了した後、スライダ１６を下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、支持台６０の支持面６０ａとハンド３０の被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を解除する。
【００３９】
その後、ロボットアーム２０の直動軸２１を動作させて、支持台６０の第２の支持面６０ｂにハンド３０の第２の被支持面３０ｃを押し当てさせる。つまり、ロボットアーム２０は、ハンド３０の複数の被支持面のうち、スライダ１６による移動先での作業装置１３により作業が施されるワーク５０の第２の作業面５０ｃに平行な第２の被支持面３０ｃを、支持台６０の第２の支持面６０ｂに押し付ける。第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態でスライダ１６を停止させ、レール１５に沿うように設置された作業装置１３の作業位置に、ハンド３０を位置決めさせる。
【００４０】
この作業装置１３による作業に先立つロボットアーム２０の動作について詳細に説明する。図４は、作業装置１３によりワーク５０の第２の作業面５０ｃに作業を施すのに先立つロボットアーム２０の動作を説明するための図である。
【００４１】
作業装置１２による第２の組付作業が完了した後、図４（ａ）に示すように、支持台６０の第２の支持面６０ｂとハンド３０の第２の被支持面３０ｃが接触せず、且つ第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃが平行な姿勢Ｐ３にハンド３０を移動させる。なお、姿勢Ｐ３では第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂも平行となっている。姿勢Ｐ３の状態で旋回軸２２〜２５をサーボロック状態にする。ロボットアーム２０は、直動軸２１のサーボモータの電流値に制限をかけた状態で直動軸２１が駆動され、図４（ｂ）に示すように、ハンド３０の第２の被支持面３０ｃを支持台６０の第２の支持面６０ｂに押し付ける。
【００４２】
この状態で、図１に示す作業装置１３により、ハンド３０により把持されたワーク５０の第２の作業面５０ｃに、Ｙ軸方向（第２の支持面６０ｂに垂直な方向）から第３の組付作業が実施される。なお、第３の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の直動軸２１の動作により、ハンド３０を作業装置１３による第３の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態を維持させる。この第３の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による第２の被支持面３０ｃの押し付け状態を維持することで、第３の組付作業実施時の反力Ｆ５を支持台６０の支持力Ｆ６で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００４３】
次に、第３の組付作業が完了した後、ロボットアーム２０の直動軸２１及び旋回軸２２〜２５を動作させて、第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃとが押し当てられた状態を解除する。そして、ロボットアーム２０は、図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３にハンド３０を移動させる。このとき、ハンド３０の姿勢は維持されたままである。
【００４４】
その後、各サーボモータの電流値に各々制限をかけた状態で、旋回軸２３〜２５を同期して動作させることでハンド３０をＺ軸方向に下降させ、第２の組付作業による反力を支持する場合と同様に、第１の支持面６０ｂに第１の被支持面３０ｂを押し当てさせる。これにより、ハンド３０を位置決めさせる。
【００４５】
この状態で、作業装置１３により、ハンド３０により把持されたワーク５０の第１の作業面５０ｂに、Ｚ軸方向（第１の支持面６０ａに垂直な方向）から第４の組付作業が実施される。なお、第４の組付作業の実施中、ロボットアーム２０の旋回軸２３〜２５の動作により、ハンド３０を作業装置１３による第４の組付作業の作業方向と同一の方向に付勢して、第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂとが押し当てられた状態を維持させる。この第４の組付作業の実施中は、ロボットアーム２０による第１の被支持面３０ｂの押し付け状態を維持することで、第４の組付作業実施時の反力Ｆ３（図３（ｄ））を支持台６０の支持力Ｆ４で支持することができる。したがって、ハンド３０の位置決め精度を損なうことなくワーク５０を位置決めすることが可能となる。
【００４６】
このように生産システム１００ではスライダ１６を適宜下流に前進させると共に、ロボットアーム２０の動作により支持台６０の支持面とハンド３０の被支持面とが押し当てられた状態でワーク５０を位置決めする。このように位置決めされたワーク５０に各作業装置が作業することで一連の作業が順次実施される。
【００４７】
以上、本実施形態では、作業装置１３による作業において、ハンド３０の姿勢を変更せずに、第３の組付作業及び第４の組付作業を行っている。以下、生産システム１００における生産タクト短縮効果について、図５を参照しながら説明する。
【００４８】
図５（ａ）は、仮に支持台６０に支持面６０ｂを設けない場合のロボットアーム２０及び作業装置１３の動作を示す動作サイクル図であり、図５（ｂ）は、本実施形態のロボットアーム２０及び作業装置１３の動作を示す動作サイクル図である。
【００４９】
まず、仮に支持台６０に支持面６０ｂを設けない場合について説明する。第３の組付作業による反力を支持するためには、支持面６０ａと被支持面３０ｃとを平行にする必要があり、第４の組付作業による反力を支持するためには、支持面６０ａと被支持面３０ｂとを平行にする必要がある。このため、第３の組付作業による反力と第４の組付作業による反力を支持するために、ワーク５０をＸ軸回りに９０度回転させる必要がある。従って、ロボットアーム２０にワーク５０をＸ軸回りに回転させる機構が必要になると共に、図５（ａ）に示すように、ロボットアーム２０の先端を支持するための姿勢を変換する時間が必要になる。これにより、作業装置１３は、組付作業を実施しない待機時間が長くなってしまう。
【００５０】
一方、本実施形態の生産システム１００では、支持台６０に、第１の支持面６０ａと第２の支持面６０ｂとが互いに直交するように設けられている。本実施形態では、ワーク５０をＸ軸回りに回転させる必要はなく（即ちハンド３０の姿勢を変更する必要はなく）、ロボットアーム２０はより少ない姿勢の変換で済む。
【００５１】
また、生産システム１００では第１の支持面６０ａと第１の被支持面３０ｂが平行であり、且つ第２の支持面６０ｂと第２の被支持面３０ｃが平行なロボットアーム２０の姿勢を図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３としている。このため、第３の組付作業完了後にロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０を支持するための姿勢の変換が不要である。従って、図５（ｂ）に示すように、ロボットアーム２０の先端に設けたハンド３０を支持するための姿勢を変換する時間がなくなり、組付作業を実施しない待機時間を短縮することが可能になる。
【００５２】
このように生産システム１００は、複数の支持面６０ａ，６０ｂを有する支持台６０を備えているので、製造作業実施時の反力を支持する方向を変更できるため、ワーク５０の複数の作業面への作業を順次実施する場合のワーク５０の姿勢の変換がより小さくてすむ。このため、ハンド３０を支持するための動作をより短い時間で完了でき、生産効率の向上が可能である。
【００５３】
また生産システム１００は、スライダ１６に支持台６０とロボットアーム２０を設置しているので、スライダ１６の前進と同時に支持台６０の支持面とハンド３０の被支持面とを押し当てることができる。このため、スライダ１６が停止すると共に各作業装置１２，１３による作業を実施することができる。従って、生産システム全体のタクトを短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００５４】
また、生産システム１００のハンド３０には、保持するワーク５０の各作業面に平行な被支持面３０ａ〜３０ｃがそれぞれ形成されている。そして、各作業面５０ａ〜５０ｃに作業を施す際に、ロボットアーム２０により、各作業面に平行なそれぞれの被支持面が支持台６０の支持面に押し付けられる。したがって、作業装置１２，１３によりワーク５０の各作業面に作業を施す際に、ワーク５０を安定して支持することができ、ロボットアーム２０の変位が抑制され、ワーク５０を高精度に位置決め保持することができる。
【００５５】
また、ハンド３０に複数の被支持面３０ａ〜３０ｃを有することで、複数の支持台を個別に設置せずに、ワーク５０の複数の姿勢で製造作業による反力を支持することが出来る。このため、支持台６０に使用する部品点数を削減させることができ、生産ライン全体を簡易化、且つ低コスト化することができる。
【００５６】
次に、生産システム１００における位置決め位置の変更方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００５７】
異なるワークを投入する場合や、ワークの形状に変更があった場合には、作業装置の作業位置、若しくはロボットアーム２０の位置決め位置の変更が必要になることがある。作業装置が空圧を用いた一方向にのみ動作可能なエアシリンダ等により構成されている場合は、作業装置の作業位置の変更のみでは対応できず、ロボットアーム２０の位置決め位置を変更する必要がある。また、作業装置が自由度の高い６軸のロボットアーム等により構成されている場合であっても、作業位置の変更に伴って部品の組付状態を確認するために設置されたカメラやセンサの取付位置の変更が必要となることがある。このため、作業装置の作業位置の変更を行うよりも、搬送用のロボットアーム２０の位置決め位置を変更するほうが効率がよく、生産システムの自動化までの時間が短縮される場合がある。
【００５８】
第１の組付作業の作業位置に変更があった場合は、図３（ａ）に示す姿勢Ｐ１の、第２の組付作業の作業位置若しくは第４の作業位置に変更があった場合は、図３（ｃ）に示す姿勢Ｐ２の教示位置を変更すれば良い。Ｘ軸方向に変更があった場合はスライダ１６の教示位置のみを、Ｙ軸方向に変更があった場合は直動軸２１の教示位置のみをそれぞれ変更することで対応ができる。水平面内にワーク５０を回転させる必要がある場合には、スライダ１６と直動軸２１と旋回軸２２との教示位置を変更することで、対応することができる。
【００５９】
また、第３の作業位置に変更があった場合は図４（ａ）に示す姿勢Ｐ３の教示位置を変更すれば良い。Ｘ軸方向に変更があった場合はスライダ１６の教示位置のみを、Ｚ軸方向に変更があった場合は旋回軸２３〜２５の教示位置をそれぞれ変更することで対応ができる。
【００６０】
このように本実施形態の生産システム１００では、異なるワークを投入する場合や、ワークの形状に変更があった場合でも、搬送用のロボットアーム２０の位置決め位置を変更することで対応でき、生産システムの自動化までの時間が短縮できる。
【００６１】
なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６２】
上記実施形態では、複数の作業装置がある場合について説明したが、１台の作業装置のみの場合であっても、本願発明は適用可能である。この場合、１台の作業装置がワークの複数の作業面に対して作業を施すこととなる。
【符号の説明】
【００６３】
１２，１３…作業装置、１４…搬送用ユニット、１５…レール、１６…スライダ、２０…ロボットアーム、３０…ハンド、３０ａ〜３０ｃ…被支持面、５０…ワーク、５０ａ〜５０ｃ…作業面、６０…支持台、６０ａ〜６０ｃ…支持面、１００…生産システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの複数の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【請求項２】
ワークの複数の作業面に順次作業を施す複数の作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、
前記各作業装置による作業位置を結ぶレールと、
前記ロボットアーム及び前記支持台が搭載され、前記レールに沿って前記各作業装置による作業位置に順次移動するスライダと、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記スライダによる移動先での前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【請求項３】
ワークの互いに直交する第１の作業面及び第２の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する互いに直交する第１の支持面及び第２の支持面を有する支持台と、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの第１の作業面に平行となる第１の被支持面と、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの第２の作業面に平行となる第２の被支持面と、が形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの姿勢を維持したまま、前記作業装置により前記ワークの第１の作業面へ作業を施す際には前記ハンドの第１の被支持面を前記支持台の第１の支持面に押し付け、前記作業装置により前記ワークの第２の作業面へ作業を施す際には前記ハンドの第２の被支持面を前記支持台の第２の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【請求項１】
ワークの複数の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【請求項２】
ワークの複数の作業面に順次作業を施す複数の作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する支持面を有する支持台と、
前記各作業装置による作業位置を結ぶレールと、
前記ロボットアーム及び前記支持台が搭載され、前記レールに沿って前記各作業装置による作業位置に順次移動するスライダと、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの各作業面に平行となる被支持面がそれぞれ形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの複数の被支持面のうち、前記スライダによる移動先での前記作業装置により作業が施される前記ワークの作業面に平行な被支持面を、前記支持台の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【請求項３】
ワークの互いに直交する第１の作業面及び第２の作業面に順次作業を施す作業装置を備えた生産システムにおいて、
多関節のロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記ワークを保持するハンドと、
前記ロボットアームの作業領域内に配置され、前記ハンドを支持する互いに直交する第１の支持面及び第２の支持面を有する支持台と、を備え、
前記ハンドには、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの第１の作業面に平行となる第１の被支持面と、前記ワークを保持した際に前記ワークに接触する面とは反対側であって前記ワークの第２の作業面に平行となる第２の被支持面と、が形成されており、
前記ロボットアームは、前記ハンドの姿勢を維持したまま、前記作業装置により前記ワークの第１の作業面へ作業を施す際には前記ハンドの第１の被支持面を前記支持台の第１の支持面に押し付け、前記作業装置により前記ワークの第２の作業面へ作業を施す際には前記ハンドの第２の被支持面を前記支持台の第２の支持面に押し付けることを特徴とする生産システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３６２６２（Ｐ２０１２−２３６２６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７３８４（Ｐ２０１１−１０７３８４）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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