JP5656804B2

JP5656804B2 - 組立ロボット装置

Info

Publication number: JP5656804B2
Application number: JP2011243658A
Authority: JP
Inventors: 大祐寺田; 幸市植村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-11-07
Also published as: JP2013099801A

Description

本発明は、電気部品の組立てを行う組立ロボット装置に関する。

生産設備は、市場の要求によって、大量生産を行なう設備と多品種少量（変種変量）生産を行なう設備との異なる生産体系をとっている。一般的に、工業製品における大量生産はラインによる自動化を行い、タクトタイムの短縮を図っているが（以下、自動化ラインともいう）、設備が大きくなるため、多品種対応が困難であることや、段取り時間が長くなるなどのデメリットが生じる場合もある。

一方、多品種少量生産においては、ラインによる自動化を行なうと設備投資額および設備規模が大きくなりすぎることや、品種の変更、生産数の調整を柔軟に対応するため、人によるセル生産を行い（以下、人セルともいう）、設備投資額および設備規模をなるべく小さく抑えている。しかしながら、このような生産方式は、人作業によるため、品質確保が困難なことや熟練した人員の確保が困難になるなどのデメリットが生じる場合がある。

よって、人セルをそのまま自動化した形の自動化セルの構築が望まれている。例えば、特許文献１には、従来のロボットシステムの機器構成で自動化セルを構築した組立装置が開示されている。

特開平６−２２６５６８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、複数工程の組立て作業を複数および単体のロボットに効率よく行なわせるために、部品を整列、切り出ししてロボットに供給する必要がある。また、組立て作業をロボットが効率的に行なうためには、作業ごとに部品挿入、部品位置決め、部品表裏反転、ネジ締めなどを行うための治具が必要とされる。

また、多種多様な部品を供給、組立てするために、それぞれの部品、作業について専用機や治具を準備する必要があり、自動化ラインと大差のない大掛かりなレイアウトスペースや設備投資金額を要する。

このように、人セルの組立て作業をそのままの形態で自動化セルに置き換えようとすると、部品供給部分においては、パレットチェンジャーなどの人セルのスペースより大きな部品供給装置が必要となる。また、組立て部分についても、専用機や治具を準備する必要があり、設備の規模が人セルよりもはるかに大きくなり、投資金額も大きくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設備投資額の抑制を図りつつ、人セルと同等レベルの省スペースな自動化セルを構築することのできる組立ロボット装置を得ることを目的とする。また、生産品種を変更する際の設備の組み換えを容易にすることで、多品種生産の容易化を図ることができる組立ロボット装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、製品の組立てを行う組立ロボット装置であって、第１、第２、第３ロボットと、第１、第２ロボットによって製品の組立が行われる組立てステージと、第３ロボットに設けられた３次元ビジョンセンサと、を備え、第１ロボットと第２ロボットとは、互いの動作範囲が一部で重なるように配置され、組立てステージは、第１ロボットの動作範囲と第２ロボットの動作範囲とが重なった領域に配置され、第３ロボットは、動作範囲が第１ロボットの動作範囲と第２ロボットの動作範囲と重なるように配置され、第３ロボットの動作範囲内に、製品を構成する部品がバラ積みされたバラ積み部品箱を配置するエリアが設けられることを特徴とする。

本発明によれば、設備投資額の抑制を図りつつ、人セルと同等レベルの省スペースな自動化セルを構築することができるという効果を奏する。また、生産品種を変更する際の設備の組み換えを容易にすることで、多品種生産の容易化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる組立ロボット装置の全体構成を示す図であって、正面側から見た斜視図である。図２は、図１に示す組立ロボット装置の全体構成を示す図であって、背面側から見た斜視図である。図３は、図１に示す組立ロボット装置における各ロボットの配置関係を示す上面図である。図４は、実施の形態１の変形例としての組立ロボット装置における各ロボットの配置関係を示す上面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる組立ロボットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる組立ロボット装置の全体構成を示す図であって、正面側から見た斜視図である。図２は、図１に示す組立ロボット装置の全体構成を示す図であって、背面側から見た斜視図である。

組立ロボット装置は、第１ロボット１、第２ロボット２、第３ロボット３、走行軸４、組立てステージ５、受け渡しステージ６、電動ドライバー７、フィンガーチェンジ８、部品供給パレット（平置きパレット）９、バラ積み部品箱１０、ロボット天吊用架台１１、２次元ビジョンセンサ１３、３次元ビジョンセンサ１４を備えて構成される。

第１ロボット１と第２ロボット２は、天吊型のロボットであり、電気部品（製品）の組立てを担当するロボットである。第１ロボット１と第２ロボット２は、例えば、２ｋｇ可搬の小型垂直６軸ロボットである。

第３ロボット３は、天吊型のロボットであり、第１ロボット１および第２ロボット２に対して、電気部品を構成する各部品を供給する役割を果たすロボットである。第３ロボット３は、例えば、２ｋｇ可搬の小型垂直６軸ロボットである。走行軸４は、第３ロボット３を移動可能に支持し、第３ロボット３の横行方向の動作範囲を広げている。走行軸４は、例えば、走行長が１０００ｍｍに設定される。

組立てステージ５では、第１ロボット１、第２ロボット２によって搬送された部品が組み付けられていく。受け渡しステージ６では、第３ロボット３がバラ積み部品箱１０から取り出した部品が、第１ロボット１、第２ロボット２に受け渡すために一時置きされる。

バラ積み部品箱１０には、電気部品を構成する部品がバラ積みされている。ここで、バラ積みとは、複数の部品を整列させずに部品箱内に収容することをいい、バラ積み部品箱１０内では、部品同士が重なり合っている場合が多い。

電動ドライバー７は、第１ロボット１および第２ロボット２が、組立て時にネジを締める際に用いられる。フィンガーチェンジ８は、各ロボット１〜３の先端に設けられた電動ハンド１２のフィンガー部分に用いられ、個々の部品に対して適切なハンドリング（把持）を行なえるように適宜選択して交換できるように複数用意されている。

部品供給パレット９は、既存の人セルにおいても用いられている部品類を供給するためのパレットである。部品供給パレット９からは、例えば、サブ組立された部品類が供給される。ロボット天吊用架台１１は、第１ロボット１、第２ロボット２、および第３ロボット３を天吊に設置するための架台である。部品供給パレット９では、電気部品を構成する部品同士が重ならないように平置きされている。

２次元ビジョンセンサ１３は、第１ロボット１、第２ロボット２の先端軸部（ハンド）に取り付けられたセンサであって、部品供給パレット９上の部品の位置補正を行うためのセンサである。３次元ビジョンセンサ１４は、第３ロボット３の先端軸部（ハンド）に取り付けられたセンサであって、バラ積み部品箱１０にバラ積みされた部品の位置を認識するためのセンサである。３次元ビジョンセンサ１４を用いることで、部品同士が重なっていても、各部品の位置を認識することができる。

図３は、図１に示す組立ロボット装置における各ロボットの配置関係を示す上面図である。図３では、組立てを行なう第１ロボット１の上面から見た動作範囲１５、もう一方で組立てを行なう第２ロボット２の上面から見た動作範囲１６、および第１ロボット１、第２ロボット２に部品を供給する第３ロボット３の上面から見た動作範囲１８が図示されている。

この配置図が示すとおり、組立てステージ５は、第１ロボット１および第２ロボット２の両方のロボットがアプローチできる位置とするため、第１ロボット１の動作範囲１５と第２ロボット２の動作範囲１６とが重なる領域に配置される。本実施の形態では、第１ロボット１と第２ロボット２との間に組立てステージ５が配置され、第１ロボット１と第２ロボット２とで組立てステージ５を挟み込むようになっている。

部品供給パレット９は、組立てステージ５を避けた領域であって、動作範囲１５および動作範囲１６の少なくともいずれか一方に含まれる領域に配置される。部品供給パレット９は、第１ロボット１や第２ロボット２に対して、第３ロボット３が配置される側の反対側に配置されるのが好ましい。

バラ積み部品箱１０は、組立てステージ５を避けた領域であって、動作範囲１８に含まれる領域に配置される。バラ積み部品箱１０は、第３ロボット３に対して、第１ロボット１や第２ロボット２が配置される側の反対側に配置されるのが好ましい。

受け渡しステージ６は、第１ロボット１に部品を受け渡すためのステージと、第２ロボット２に部品を受け渡すためのステージの２つのステージで構成されている。第１ロボット１に部品を受け渡すための受け渡しステージ６は、動作範囲１５と動作範囲１８とが重なる領域に配置され、第２ロボット２に部品を受け渡すための受け渡しステージ６は、動作範囲１６と動作範囲１８とが重なる領域に配置される。すなわち、第３ロボット３は、受け渡しステージ６に対して、第１ロボット１と第２ロボット２とが配置される側の反対側に配置される。バラ積み部品箱１０は、第３ロボット３の動作範囲１８内に配置される。

以上説明した本実施の形態にかかる組立ロボット装置によれば、第３ロボット３が３次元ビジョンセンサ１４を備えているので、バラ積み部品箱１０から部品を取り出して第１ロボット１や第２ロボット２に部品を受け渡すことができる。したがって、一般的な自動化セルの構築に必要とされていた部品の切り出し、整列用の専用機（パーツフィーダー、パレット、カセット供給装置）を省略して、安価でレイアウトスペースが小となる組立ロボット装置とすることができる。

また、第１ロボット１、第２ロボット２の組立作業と関わりなく、バラ積み部品箱１０からの部品の取り出し作業を第３ロボット３で行なえるので、全体システムとしての作業効率化（タクトタイムの短縮）を図ることができる。

組立て作業については、第１ロボット１、第２ロボット２の２台のロボットにて、両ロボットの共通動作範囲内にある組立てステージ５上で行われるため、ロボット同士が協調して作業を行なうことが可能となる。組立ロボット装置のシステム構築に一般的に必要となる大掛かりな組立て治具を省略して、ロボット同士で補助しながら組立てを行なうことができる。

さらに、各ロボット間での部品受け渡し時に直接部品を受け渡すことにより、部品の表裏を反転させたり、位置を補正したりすることが容易になる。したがって、部品挿入装置や、部品位置決め装置や、部品表裏反転機構といった大掛かりな専用機を省略することができる。専用機を省略することで、設備投資額の抑制を図ることができる。また、ロボットの動作範囲外に専用機の設置スペースを設けずに済むため、コンパクトなレイアウトが構築可能となる。

さらに、部品に依存する専用機や治具を省略できるので、供給する部品と、電動ハンド１２（フィンガー）、組立てステージを変更するだけで、生産品種の変更が可能となる。したがって、生産品種を変更する際の設備の組み換えが容易になり、多品種生産の容易化を図ることができる。

また、専用機や治具の省略によって、人セルと同様な汎用性とコンパクト性に近づけつつ、２４ｈｒ稼動や品質の一定化といった自動化のメリットを得ることができる。例えば、１．２ｍ×１．５ｍの平面的スペースを必要とする人セルを自動化するにあたり、本実施の形態では、図３に示すように、１．５ｍ×１．６５ｍの平面的スペースに納めている。さらに、このセルを専用の部品供給装置や治具などを用いて製作した場合は２．５ｍ×２．５ｍ程度の平面的スペースが必要となる。

また、協調作業が不要な工程においては、ロボットがそれぞれに組立て作業を行なっていく。例えば、１台のロボットが組立てステージ５にて作業をしているとき、もう１台のロボットが、自分の動作エリア内にある部品供給パレット９からの部品の取出しや、第３ロボット３からの部品の受け渡しや、次の組立て動作のために個々の部品に対応した電動ハンド１２先端部（フィンガー）にフィンガーチェンジ８で変更するなどの動作を行うことができる。これにより、ロボットの停止時間を減らすことができ、組立作業の効率化や組立時間の短縮化を図ることができる。

なお、第１〜第３ロボット１〜３は、天吊型のロボットに限られず、汎用型の他のロボットを用いてもよい。

図４は、実施の形態１の変形例としての組立ロボット装置における各ロボットの配置関係を示す上面図である。本変形例では、第３ロボット３に対して走行軸４（図１，２を参照）を設けていない。そのため、第３ロボット３の動作範囲１７は、走行軸４を設けた場合よりも狭くなる。

第３ロボット３の動作範囲１７が狭くなることで、動作範囲１７内に設置できるバラ積み部品箱１０の設置数が少なくなるが、走行軸４を設けた場合と同様に、設備投資額の抑制を図りつつ、人セルと同等レベルの省スペースな自動化セルを構築することや、多品種生産の容易化を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる組立ロボット装置は、複数のロボットを備える組立てロボット装置に有用である。

１第１ロボット
２第２ロボット
３第３ロボット
４走行軸
５組立てステージ
６受け渡しステージ
７電動ドライバー
８フィンガーチェンジ
９部品供給パレット（平置きパレット）
１０バラ積み部品箱
１１ロボット天吊用架台
１２電動ハンド
１３２次元ビジョンセンサ
１４３次元ビジョンセンサ
１５〜１８動作範囲

Claims

製品の組立てを行う組立ロボット装置であって、
第１、第２、第３ロボットと、
前記第１、第２ロボットによって前記製品の組立が行われる組立てステージと、
前記第３ロボットに設けられた３次元ビジョンセンサと、を備え、
前記第１ロボットと前記第２ロボットとは、互いの動作範囲が一部で重なるように配置され、
前記組立てステージは、前記第１ロボットの動作範囲と前記第２ロボットの動作範囲とが重なった領域に配置され、
前記第３ロボットは、動作範囲の一部が前記第１ロボットの動作範囲と前記第２ロボットの動作範囲と重なるように配置され、
前記第３ロボットの動作範囲内であって前記第１ロボットと前記第２ロボットの動作範囲外となる領域に、前記製品を構成する部品がバラ積みされたバラ積み部品箱を配置するエリアが設けられ、
前記第１ロボットと前記第３ロボットの動作範囲内であって前記第２ロボットの動作範囲外となる領域、および前記第２ロボットと前記第３ロボットの動作範囲内であって前記第１ロボットの動作範囲外となる領域のそれぞれの領域に、前記バラ積み部品箱から取り出された部品を一時置きする受け渡しステージが設けられることを特徴とする組立ロボット装置。
前記組立てステージは、前記第１ロボットと前記第２ロボットの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の組立ロボット装置。
前記第１、第２ロボットのそれぞれに設けられた２次元ビジョンセンサをさらに備え、
前記第１ロボットの動作範囲内および前記第２ロボットの動作範囲内の少なくとも一方に前記製品を構成する部品が平置きされた平置きパレットを配置するエリアが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の組立ロボット装置。
前記第１、第２、第３ロボットは、天吊型のロボットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の組立ロボット装置。
前記第３ロボットを移動可能に支持する走行軸をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の組立ロボット装置。