説明

ワーク搬送システム

【課題】より簡易な構成で生産性の高い生産ラインを構築できるワーク搬送システムを提供する。
【解決手段】搬送装置10、11は、レール軌道14、15の上にそれぞれ独立して移動する複数の搬送ロボット16a〜16dを有し、各搬送ロボットは、ワーク12を保持するハンド17a〜17dを備える。例えば、搬送ロボット16aが保持するワーク12に対して、作業装置18aが直接組立作業や加工処理を行い、作業終了後に搬送ロボット16aが下流方向へ移動し、隣接する次工程の搬送ロボット16bとの間でワーク12の受渡しを行う。次工程の搬送ロボット16bは同様の動作を行い、ワーク12を矢印で示す下流方向へ順次搬送する。隣接する搬送ロボットとのワーク受渡し位置を変更することで、生産ラインの高速化を図ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、事務機器など複数部品で構成される製品を、複数の作業装置による作業工程を順次経て製造していくためのワーク搬送システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
事務機器などを生産する従来の生産ラインにおいては、作業装置列に沿って一定の間隔で複数設置された保持台にワークを順次搬送し、各保持台でワークを所定の作業位置に位置決め保持し、作業ロボット等により、組立作業もしくは加工処理を順に行っている。
【0003】
図10は、一従来例によるワーク搬送システムを示す。この搬送システムは、レール軌道114と、その上の基台115に距離Pの間隔で配置した複数の治具120a〜120cと、作業装置118a〜118cに対応するようにそれぞれ固定配置した保持台121a〜121cにより構成される。各保持台121a、121b、121cに保持されたワーク112に対して、各作業装置118a、118b、118cにより作業が行われる。作業終了後、ワーク112は各治具120a、120b、120cに配置され、レール軌道114に沿って距離Pだけ矢印方向に搬送され、次工程の保持台により保持され、次の作業を開始する。この動作を間欠前進移動することでワーク112を搬送するもので、シャトル搬送方式と呼ばれている。
【0004】
また、特許文献1には、異なるピッチにスライドする手段を有するシャトル搬送装置が開示されている。このシャトル搬送装置は、一定距離のストロークで往復運動するシャトルメンバと、同距離毎に配置された複数の基台部によって構成される。シャトルメンバの上昇、前進、下降、後退のサイクルに応じて基台部上の運搬台を隣接する基台部上に順送りし、さらに、基台部をスライドさせることで異なるピッチで配置された基台部への搬送も可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平6−156667号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、複数の作業装置で構成される生産ラインにおいては、組立もしくは加工処理を個別に実施する各作業装置は、各々作業時間が異なっていることが一般的である。また、同一の作業装置であっても、ワークの種類によって作業方法が異なり、作業時間が長くなったり、短くなったりする場合がある。さらに、同一の作業装置で同一のワーク種類であっても、ワークの個体差あるいは組付ける部品の個体差やワークに塗布する塗料の状態によっては作業時間が各々異なることが一般的である。例えば、ワークに取付けられたシャフトに対してギアをある所定の角度になるよう角度を補正し嵌合させて取付ける場合、作業ロボットが把持するギアの角度が都度異なるため、シャフトに対するギアの角度を補正する時間が毎回異なる。このために作業時間に差異が発生し、複数の作業装置において、最も作業時間が長くなるケースが多かった。このような場合、ワークを一斉搬送している従来のシャトル搬送方式では、ギアを組付ける工程の作業が終了するのを待ってから搬送している。
【0007】
一般に、シャトル搬送方式のようなワークの一斉搬送を行う従来の方式では、1サイクルの中で、最も作業時間が長い作業装置の作業が終了するのを待って、ワークの一斉搬送を行う必要がある。このため、最も長い作業時間と搬送時間の合計が1サイクルの時間となり、生産性向上のためにはいづれかもしくは両方の時間を高速化(短縮)する必要があった。
【0008】
特許文献1に開示された搬送システムでも、ワークを一斉搬送するため、作業時間と搬送時間の合計が1サイクル時間となる。このため、複数の作業装置で、作業時間の差異が発生する場合、1サイクル時間を短縮するためには、搬送装置の搬送速度を高速化するか、長時間作業となる全ての作業装置の作業時間を短縮する必要があるため、生産性の向上が困難であった。さらに、各作業装置の作業位置にワークを位置決めする基台部を、搬送部分とは別に固定して設置する構成であるため、システムの全体構成が複雑となり、省スペース化に対して不利であった。
【0009】
本発明は、より簡易な構成で効率的にワークを搬送し、生産性の高い生産ラインを構築できるワーク搬送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】
【0010】
本発明のワーク搬送システムは、生産ラインを構成する複数の作業装置に順次ワークを搬送するワーク搬送システムにおいて、前記複数の作業装置に沿って配置されたレール軌道と、前記レール軌道上に互いに隣接して配置され、前記レール軌道上をそれぞれ独立して移動することで、互いに隣接する前記複数の作業装置にそれぞれワークを搬送する複数の搬送ロボットと、各搬送ロボットに搭載され、隣接する搬送ロボットとの間でワークを受渡しする受渡し機構と、を備え、互いに隣接する作業装置の間の前記レール軌道上で、互いに隣接する搬送ロボットによるワークの受渡しを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
複数の作業装置から構成される生産ラインにおいて、作業時間が長くなる作業装置に対して、隣接する搬送ロボットとのワークの受渡し位置を変更することで、1サイクルの時間を短縮できる。また、ワークの受渡しを搬送ロボット同士で行うことにより、基台部などのワークを作業位置に固定するための専用装置が不要となり、省スペース化が可能となる。さらに、隣接する搬送ロボット間のワークの受渡しを、2つの搬送ロボットの移動中に行い、前進動作とワークの受渡し動作を並列処理することで、より一層1サイクルの時間を短縮できる。
【0012】
搬送ロボットにより位置決め保持されたワークに対して、作業装置が直接作業を実施して、隣接する搬送ロボットとの間でワークの受渡しを行うことで、簡易な構成で、生産能力の高い生産ラインを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態によるワーク搬送システムを示す斜視図である。
【図2】図1のワーク搬送システムの動作サイクルを説明する図である。
【図3】図1のワーク搬送システムの別の動作サイクルを説明する図である。
【図4】搬送ロボットを示す斜視図である。
【図5】搬送ロボットの動作を説明する図である。
【図6】ワークの受渡し動作を説明する工程図である。
【図7】ワークの受渡し機構を説明する上面図である。
【図8】電子カムによる制御ブロック図である。
【図9】従来例によるワーク搬送システムの動作サイクルを説明する図である。
【図10】従来例によるワーク搬送システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1は一実施形態によるワーク搬送システムを示すもので、搬送装置10、11により、ワーク12を図面右手方向を上流側として、左手方向に搬送する。搬送装置10、11は、上流方向から搬入装置13により搬入されたワーク12を、搬送装置10、11のレール軌道14、15に配置された搬送ロボット16a〜16dにより、作業装置18a〜18dの作業位置に搬送し、組立作業や加工処理を行う。これは、事務機器などを製造する自動生産装置(生産ライン)を構成するものであり、互いに隣接して配置された複数の作業装置18a、18b、18cに沿うように搬送装置10を配置する。同様に、隣接配置された作業装置18d及び図示しない他の作業装置に沿って搬送装置11を配置する。
【0015】
互いに隣接して配置された搬送ロボット16a〜16dは、それぞれワーク12を保持する保持手段であるハンド17a〜17dを有する。搬送装置10、11は、搬送ロボット16a〜16dをレール軌道上でそれぞれ独立して往復移動させるための手段を備える。各搬送ロボット16a〜16dは、それぞれ独立して矢印方向(搬送方向)の下流側に前進し、矢印と逆方向の上流側に後退する。その移動によって互いに隣接する2つの搬送ロボットを接近させ、互いに隣接する作業装置の間のレール軌道上で、順次ワーク12を受渡す。例えば、搬送ロボット16aは搬送ロボット16bと、搬送ロボット16bは搬送ロボット16a及びロボット16cと受渡し動作を行う。
【0016】
ワーク12を連続的に生産ラインへ投入する搬入装置13から、搬送装置10の搬送ロボット16aがワーク12を保持して取り出し、z軸周りに90°旋回して下流方向へ前進し、作業装置18aに対応する作業位置まで移動し、位置決め停止する。作業装置18aは、例えば、部品の組付けなどの製造作業を搬送ロボット16aが保持するワーク12に対して実施し、その間に、搬送ロボット16bが搬送ロボット16aに対面するようにz軸周りに180°旋回し、待機する。作業装置18aの製造作業が終了すると、搬送ロボット16aは前進して、隣接する搬送ロボット16bとの受渡し位置までワーク12を搬送する。搬送ロボット16bは、搬送ロボット16aの保持するワーク12を受取って保持し、z軸周りに180°旋回し、作業装置18bの作業位置まで移動し、位置決め停止する。作業装置18bは、例えば、ワーク12の塗布作業などの製造作業を搬送ロボット16bが保持するワーク12に対して実施し、その間に搬送ロボット16cが搬送ロボット16bに対面するようにz軸周りに180°旋回し、待機する。作業装置18bの製造作業が終了すると、搬送ロボット16bは前進し、搬送ロボット16cとの受渡し位置までワーク12を搬送する。搬送ロボット16cは、搬送ロボット16bの保持するワーク12を受取って保持し、z軸周りに180°旋回し、作業装置18cの作業位置まで移動し位置決め停止する。作業装置18cは、グリスの塗布作業などの製造作業を搬送ロボット16cが保持するワーク12に対して実施し、その間に、搬送ロボット16dが搬送ロボット16cに対面するようにz軸周りに180°旋回し、待機する。作業装置18cの製造作業が終了すると、搬送ロボット16cは前進し、搬送ロボット16dとの受渡し位置までワーク12を搬送する。搬送ロボット16dは、搬送ロボット16cの保持するワーク12を受取って保持し、作業装置18dによる作業を実施し、搬送ロボット16dは下流方向に位置する別の搬送ロボットへワーク12を受渡す。この動作を順次繰り返して生産を実施する。作業装置毎もしくはワークの種類によって作業装置の作業時間が長くなる場合は、以下のようにワークの受渡し位置を変更することにより、1サイクルの時間を短縮する。
【0017】
図2(a)に示すように、作業装置18a〜18cで、作業位置間の距離Pが同じであって作業時間に差異がない場合は、搬送ロボット16aが位置eで搬送ロボット16bへ、搬送ロボット16bは位置fで搬送ロボット16cへそれぞれワークの受渡しを行う。図2(b)、(c)に示すように、作業装置18aの作業時間が長い場合は、搬送ロボット16bが位置e1へ移動して、搬送ロボット16aよりワークの受取りを行う。すなわち、作業装置18aが搬送ロボット16aの保持するワークに対して作業を行っている間に、搬送ロボット16bが位置e1の位置まで後退して待機する。作業装置18aの作業が終了すると、搬送ロボット16aは搬送ロボット16bへワークを受渡し、搬送ロボット16bは距離Pだけワークを前進搬送し、作業装置18bの作業位置において作業が行われる。作業装置18bの作業が終了すると、搬送ロボット16bは距離Pだけ前進搬送し、位置fで搬送ロボット16cへワークを受渡す。このように、作業装置18aの作業時間が長い場合、搬送ロボット16bが搬送ロボット16aのワークの搬送距離を肩代わりし、搬送ロボット16aとの間のワークの受渡し位置を変更することで、従来の搬送システムより1サイクル時間を短縮できる。
【0018】
比較のために、従来の搬送システムにおいて、作業装置118aの作業時間が長い場合の動作サイクルを図9に示す。従来の搬送システムでは、作業装置118aの作業が終了すると、保持台121aが下降し、ワークを開放して治具120aへ受渡し、基台115により距離Pだけ搬送する。保持台121bは、ワークを保持して上昇することで、ワークを治具121aより受取り、作業装置118bの作業位置まで移動する。基台115は、作業装置118bが作業を行っている間に後退する。上記の動作を繰り返すことで、順次ワークを搬送するが、連続してワークが流れ、複数の作業装置が作業を行う場合は、ワークを次の作業装置へ搬送するタイミングは、全ての作業装置の作業が終了した時点になる。作業装置118aの作業が長い場合は、作業装置118bの作業が終了していてもワークを搬送することはできず、作業装置118aの作業が終了するまで待機する必要があるため、その分だけ1サイクルの時間が長くなる。
【0019】
また、図3(a)は、作業装置18aと作業装置18bの作業位置間の距離P1が、作業装置18bと作業装置18cの作業位置間の距離P2より長い場合を示す。従来は、図3(b)に示すように、作業装置18aの作業と搬送ロボット16bの後退動作の終了を待ってから、搬送ロボット16aと搬送ロボット16bが停止した状態からワークの受渡し動作を行うため、1サイクルにおける搬送時間が長くなる。これに対して本実施形態では、図3(c)に示すように、作業装置18aの作業と、搬送ロボット16bの後退動作の終了した時点で、搬送ロボット16aと搬送ロボット16bを同期させて移動速度を同等にし、移動中にワークの受渡しを行う。すなわち、搬送ロボット16bの前進動作と、互いに隣接する2つの搬送ロボット16a、16bの間のワークの受渡し動作を並列に処理することで、1サイクルにおける搬送時間を大幅に短縮できる。
【0020】
図4は、各搬送ロボット16(16a〜16d)の構成を示す。搬送ロボット16は、O1軸周りに180°以上回転可能なテーブル30に搭載され、テーブル30の上でO2軸周りに180°以上回転可能なアーム31と、その先端においてO3軸周りに180°以上回転可能なヘッド32と、を有する。ヘッド32は、その先端に、ワークを保持する保持手段であるハンド17(17a〜17d)を備える。搬送ロボット16は、ワークの受渡し機構を構成するアーム31とヘッド32を制御部からの指令により駆動し、ハンド17を所望の位置へ移動させる。ここで示した搬送ロボット16の構成は一例であり、ハンド17を所望の位置へ移動できれば、アームや関節の数などは限定されない。また、アーム31とヘッド32を回転駆動する手段は、サーボモーターを使ってもよいし、ステッピングモーターを使ってもよい。
【0021】
ハンド17は、吸着パッドによってワークを吸着する構成でもよいが、ヘッド32の前面に固定爪34と可動爪35を接続する形態が望ましい。固定爪34の上面に置かれたワークを可動爪35が水平方向に動作し、ワークを把持することで、ワークの保持及び高精度な位置決めを行うことが可能となる。より望ましくは、固定爪34によりワークの保持が可能であるとよい。なお、固定爪34と可動爪35の機能が入れ替ってもよいし、2つの爪の両方を可動爪としてもよい。
【0022】
可動爪35の駆動手段としては、エアーシリンダーなどの空圧機器でもよいし、ボールねじなどを使った電動モーターでもよい。ハンド17が保持するワークの存在検知の方法として、モーターを使った電流制御による検知をしてもよい。あらかじめワークの大きさに合わせ、可動爪35がワークの存在を検知する位置を点ではなく範囲として最大動作距離と最小動作距離を設定し、ワークの検知範囲とする。制御部の指令により可動爪35が動作し、前記検知範囲内においてワークに接触すると、所定の指令時間に対して可動爪35の移動量が変化しない時間を計測し、一定時間経過した時点でワークを保持したと認識する。
【0023】
次に、搬送ロボット16が、z方向に直線駆動する軸を持たずに、ヘッド32をz軸方向に直線的に上下移動する方法について、図5を用いて説明する。図5(a)において、アーム31の回転中心を点A、ヘッド32の回転中心を点Bとする。点Aと点Bを直線Rで結ぶ。点Aからレール軌道面に対して垂直線Mを引く。点Bから前記同様に垂直線Lを引く。垂直線Mと直線Rの交点Aの角度をθaとし、アーム31の回転角度とする。同様に、直線Lと直線Rの交点Bの角度をθbとし、ヘッド32の回転角度とする。ヘッド32の姿勢を水平に維持したままで上下動を行うために、アーム31の回転角度θaとヘッド32の回転角度θbを以下のように制御する。
θa=θb・・・(1)
【0024】
ヘッド32の動作軌跡は円弧を描くため、ヘッド32はz方向への移動と同時に、x方向へも移動している。ヘッド32を搬送システムのレール軌道面に対して垂直に移動させるために、ヘッド32のx方向への移動距離と同じ距離を搬送ロボット16がヘッド32とは逆のx方向へ移動することで、ヘッド32がx方向へ移動しないようにする。
【0025】
詳しく説明すると、図5(b)において、点Aと点B(B1〜B3)を結ぶ直線R(R1〜R3)を引く。点Aと直線Rからなる角度をθnとする。アーム31を垂直にした点B1の時の角度を90°、アーム31を水平にした点B3の時の角度を0°とし、アーム31とヘッド32が式(1)を満たす動作をすることに伴うヘッド32のx方向の移動量をNとする。直線Rの角度θnの値が0°<θn<90°となる時、点Bからレール軌道面に対して垂直に下ろした直線と、水平方向の直線R3の交点を点Cとする。点Bは、点Aを中心として直線Rが回転することによってできる円の円周上を点B1〜点B3まで移動する。ヘッド32をx方向へ移動しないようにするための、搬送ロボット16のx方向への移動量Nは、点Aを中心とした半径Rの円に点Bで接する、点A、点B、点Cを頂点とする直角三角形の底辺の長さに等しい。すなわち、Nは以下の式(2)で表される。
N=R・cosθn・・・(2)
【0026】
式(1)、(2)を満たすように、レール軌道上の搬送ロボット16の移動量Nとアーム31及びヘッド32の回転を制御することで、ヘッド32の姿勢をレール軌道面に対して水平に維持したままでヘッド32を垂直に移動させることができる。
【0027】
図6は、隣接する2つの搬送ロボット間のワークの受渡し方法を説明する。上流側に位置する搬送ロボット16aが、ワーク12の受渡し位置まで到達すると、下流側に位置する搬送ロボット16bは、図6(a)に示すように、ワーク12の下へ潜り込むような姿勢をとる。次に、図6(b)に示すように、搬送ロボット16bがハンド17bを上昇させ、図6(c)に示すように、搬送ロボット16bがワーク12をすくい上げるように動作して、搬送ロボット16aよりワーク12を受取る。このようにワークの受渡しを行うことで、ワークの移動を最小限にし、より安定した受渡しを行うことが可能となる。
【0028】
あるいは、搬送ロボット16aと搬送ロボット16bが、ワーク12の受渡し位置にいるときに、搬送ロボット16aがワーク12を下降させ、搬送ロボット16bへ受渡してもよい。また、搬送ロボット16aと搬送ロボット16bを同時に動作させて、ワークの受渡しを行ってもよい。
【0029】
図7は、搬送ロボット16aと搬送ロボット16bがワーク12の受渡し位置にあるときを示す。ワーク12を受渡す側の搬送ロボット16aのハンド17aがワーク12の外側を保持し、ワーク12を受取る側の搬送ロボット16bのハンド17bがワーク12の内側を保持する形状とすることで、ハンド同士の干渉がなく、ワークを受渡すことが可能となる。また、ワークを受渡す側の搬送ロボットのハンドが、ワークの内側を保持する形状で、ワークを受取る側の搬送ロボットのハンドがワークの外側を保持する形状の組合せでもよい。あるいは、ワークを受渡す側の搬送ロボットの一方の爪がワークの外側を保持し、他方の爪がワークの内側を保持する形態で、ワークを受取る側の搬送ロボットの2つの爪がワークを受渡す側の搬送ロボットと逆の形態とした組合せでもよい。
【0030】
各搬送装置10、11は、例えば、一つのレール軌道に対して複数のキャリアを備え、各キャリアが独立して移動する手段を備える直線的もしくは湾曲している構造のリニアモーターである。
【0031】
図8は、搬送ロボットのヘッドがレール軌道面に対して垂直に移動するための電子カムを利用した制御方法を示す。搬送ロボットのx方向への移動軸を主軸とし、搬送ロボットが備えるアーム及びヘッドの回転軸を主軸に追従する従属軸とする。搬送ロボットが、z方向に直線軸を持たずに、ヘッドをz軸方向に直線的に上下動させるために、式(1)及び式(2)より、搬送ロボットのx方向への移動量に対するアーム及びヘッドの回転移動量を算出する。算出された主軸の移動量に対するアームの移動量とヘッドの移動量をカム曲線で生成し、これをカムテーブル50に記憶する。搬送ロボットのx方向へ直線移動の現在位置情報を入力し、カムテーブル50により搬送ロボットが備えるアームとヘッドのサーボモーター53a、53bに対して位置指令を生成する。刻々と移動する搬送ロボットの位置に応じ、サーボモーター53a、53bへの位置指令を生成する。速度制御系51a、51bにより、位置指令を微分して速度指令を生成し、それと同時にサーボモーター53a、53bに接続されたパルス発信器54a、54bによりフィードバックされた位置情報の差分を使って補正量を生成する。この補正量を加えた速度指令によりサーボモーター53a、53bを速度制御することで電子カム制御を行っている。
【符号の説明】
【0032】
10、11 搬送装置
12 ワーク
14、15 レール軌道
16、16a〜16d 搬送ロボット
17、17a〜17d ハンド
18a〜18d 作業装置
31 アーム
32 ヘッド

【特許請求の範囲】
【請求項1】
生産ラインを構成する複数の作業装置に順次ワークを搬送するワーク搬送システムにおいて、
前記複数の作業装置に沿って配置されたレール軌道と、
前記レール軌道上に互いに隣接して配置され、前記レール軌道上をそれぞれ独立して移動することで、互いに隣接する前記複数の作業装置にそれぞれワークを搬送する複数の搬送ロボットと、
各搬送ロボットに搭載され、隣接する搬送ロボットとの間でワークを受渡しする受渡し機構と、を備え、
互いに隣接する作業装置の間の前記レール軌道上で、互いに隣接する搬送ロボットによるワークの受渡しを行うことを特徴とするワーク搬送システム。
【請求項2】
互いに隣接する2つの搬送ロボットによるワークの受渡しを、前記2つの搬送ロボットが前記レール軌道上を移動中に行うことを特徴とする請求項1に記載のワーク搬送システム。
【請求項3】
前記受渡し機構は、
各搬送ロボットに搭載された、回転可能なアームと、
ワークを保持する保持手段を有し、前記アームの先端で回転可能なヘッドと、を備え、
前記レール軌道上の前記搬送ロボットの移動と前記アーム及び前記ヘッドの回転を同期させて、前記ヘッドの姿勢を水平に維持したままで垂直に前記ヘッドを移動させることでワークの受渡しを行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワーク搬送システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2011−235411(P2011−235411A)
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−109925(P2010−109925)
【出願日】平成22年5月12日(2010.5.12)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】