专利名称：作业系统以及自动化作业方法
技术领域：
本发明涉及一种作业系统以及自动化作业方法。具体而言，涉及包括手工作业区 域、机器人作业区域以及缓冲空间的作业系统。另外，还涉及针对对工件进行手工作业以及 机器人作业的作业系统的、从手工作业向机器人作业转变的自动化作业方法。
背景技术：
以往，汽车的车体通过人工和机器人进行组装。因此，在该车体的生产线上，混合 存在有作业人员作业区域和机器人作业区域(参照专利文献1)。在此，在作业人员对工件进行作业的情况下，没有必要暂时停止该工件的输送，但 是在机器人对工件进行作业的情况下，有必要暂时停止工件的输送。因此，在手工作业区 域设置为连续地输送工件，而在机器人作业区域设置为有节拍地输送工件(参照专利文献 2)。另外，如上所述，由于在手工作业区域和在机器人作业区域的输送方法不同，所以 在这些作业区域的边界部分设有缓冲空间。专利文献1 日本特公平6-75810号公报；专利文献2 日本特公平6-83938号公报。
发明内容
然而，在机器人出现不良状况的情况下，需要暂时停止在机器人作业区域的工件 的输送。如此一来，在机器人作业区域的上游侧的手工作业区域内连续输送被中止，从而出 现作业人员的手头空闲的问题。另外，由于在机器人作业区域的下游侧的手工作业区域内 没有提供连续输送的工件，所以也出现作业人员的手头空闲的问题。另外，近年来，由于机器人技术的进步，要求将手工作业逐步转变为机器人作业， 以提高组装效率。本发明的目的在于提供一种即使在机器人出现不良状况的情况下也能防止出现 手工作业区域的作业人员的手头空闲的作业系统。另外，本发明的目的还在于提供一种能够将手工作业向机器人作业顺利地转变的 自动化作业方法。本发明的一种作业系统(例如后述的工件组装系统1)，其包括沿输送路径(例如 后述的输送路径21)设置的用于配置多个作业人员(例如后述的作业人员Pl P5)的手 工作业区域(例如后述的手工作业区域30A)、沿所述输送路径在所述手工作业区域的下游 侧设置的用于配置多个机器人(例如后述的机器人Rl R6)的机器人作业区域(例如后 述的机器人作业区域40)、在所述手工作业区域和所述机器人作业区域的边界部分设置的 缓冲空间(例如后述的第一缓冲空间50A)，在所述手工作业区域中连续输送工件(例如后 述的车体10)，而在所述机器人作业区域中有节拍地输送所述工件，所述作业系统的特征在于，
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所述缓冲空间的长度I1由下式(1)确定，L1 = VtXv ... (1)在式(1)中，It是按节拍输送的对应于一个节拍量的长度，t是当机器人发生状况 不良时停止按节拍输送工件的时间，ν是工件的输送速度。根据本发明，将缓冲空间的长度按照上述式(1)进行了设定。因此，即使机器人作 业区域的机器人发生状况不良而暂时停止按节拍输送工件，也能够在到再次开始输送工件 为止的期间内将被连续输送的工件收容在该机器人作业区域的上游侧的缓冲空间，所以能 够防止手工作业区域的作业人员的手头空闲。本发明的工件组装系统，其包括沿输送路径设置的用于配置多个作业人员的手工 作业区域(例如后述的手工作业区域30B)、沿所述输送路径在所述手工作业区域的上游侧 设置的用于配置多个机器人的机器人作业区域、在所述手工作业区域和所述机器人作业区 域的边界部分设置的缓冲空间(例如，后述的第二缓冲空间50B)，在所述手工作业区域中 连续输送工件，而在所述机器人作业区域中有节拍地输送所述工件，所述作业系统的特征 在于，所述缓冲空间的长度I2由下式(2)确定，I2 = lT+(t+tf) Xv ... (2)在式(2)中，It是按节拍输送的对应于一个节拍量的长度，t是当机器人发生状况 不良时停止按节拍输送工件的时间，tf是再次开始输送工件后到快速输送先前停止输送的 工件并将该工件送出到缓冲空间为止的时间，ν是工件的输送速度。根据本发明，将缓冲空间的长度按照上述式(2)进行了设定。因此，即使机器人作 业区域的机器人发生不良状况而暂时停止按节拍输送工件，也能够在再次开始输送工件后 将该机器人作业区域的工件中的前面的工件送出到缓冲空间，并进一步以高速输送该被送 出的工件，从而使其在缓冲空间内追赶前方的被连续输送的工件。因此，连续输送的工件能 够被不间断地供给到手工作业区域，从而能够防止手工作业区域的作业人员的手头空闲。本发明的自动化作业方法，其针对通过作业人员(例如后述的作业人员PlOl P108)以及机器人(例如后述的机器人RlOl R104)对工件(例如后述的车体110)进行 作业的作业系统(例如后述的工件组装系统101)，将手工作业转变为机器人作业，该自动 化作业方法的特征在于，在所述作业系统中设有沿输送路径(例如后述的输送路径121)设 置的用于配置多个作业人员的手工作业区域(例如后述的手工作业区域130A、130B)、沿所 述输送路径设置的用于配置多个机器人的机器人作业区域(例如后述的机器人作业区域 140)、在所述手工作业区域和所述机器人作业区域的边界部分设置的缓冲空间(例如后述 的缓冲空间150A、150B)，并且在所述手工作业区域中连续输送工件，而在所述机器人作业 区域中有节拍地输送工件，所述自动化作业方法包括将所述手工作业中的成为转变对象 的部分抽出的步骤；将所述成为转变对象的手工作业在所述手工作业区域中的最靠所述缓 冲空间侧进行的步骤；在所述缓冲空间设置新的机器人(例如后述的机器人R104)以扩大 机器人作业区域的步骤；将所述成为转变对象的手工作业转变为所述新的机器人的作业的 步骤；削减所述手工作业区域中的最靠所述缓冲空间侧的区域以缩小所述手工作业区域的 步骤。根据本发明，将手工作业转变为机器人作业的步骤为如下内容。首先，抽出手工作 业中成为转变对象的部分。然后，在手工作业区域中的最靠缓冲空间侧进行该成为转变对象的手工作业。随后，在缓冲空间设置新的机器人以扩大机器人工作区域。接下来，将成为 转变对象的手工作业转变为新的机器人的作业。然后，削减手工作业区域中的最靠缓冲空 间侧的区域，以缩小手工作业区域。因此，在设置新的机器人时，由于能够在缓冲空间内设置机器人以及该机器人的 周边装置，所以在设置作业中装置等和工程作业人员不会妨碍在手工作业区域执行作业的 作业人员，所以能够在生产线不停止的状态下进行设置。另外，在缓冲空间设置了新的机器人之后，由于能够立即将成为转变对象的手工 作业转变为新的机器人的作业，所以能够顺利地将基于手工的作业转变为基于机器人的作 业。另外，由于将机器人作业区域扩大而将手工作业区域缩小，所以能够在不改变生 产线长度的状态下完成转变，从而实现低成本。即，即使将机器人作业区域扩大，并将基于 机器人的作业增加一道工序，生产线长度也与扩大机器人作业区域之前相同。因此，即使计 划以后的进一步的自动化工序，通过重复上述步骤，也能够容易地扩大机器人作业区域并 顺利地将手工作业转变为机器人作业。根据本发明，即使机器人作业区域的机器人发生状况不良而暂时停止按节拍输送 工件，也能够在到再次开始输送工件为止的期间内将被连续输送的工件收容在该机器人作 业区域的上游侧的缓冲空间，所以能够防止手工作业区域的作业人员的手头空闲。另外，也 能够在再次开始输送工件后将该机器人作业区域的工件中的前面的工件送出到缓冲空间， 并进一步以高速输送该被送出的工件，从而使其在缓冲空间内追赶前方的工件。因此，连续 输送的工件能够被可靠地供给到手工作业区域，从而能够防止手工作业区域的作业人员的 手头空闲。另外，根据本发明，在设置新的机器人时，由于能够在缓冲空间内设置机器人以及 该机器人的周边装置，所以在设置作业中装置等和工程作业人员不会妨碍在手工作业区域 执行作业的作业人员，所以能够在不停止生产线的状态下进行设置。另外，在缓冲空间设置 了新的机器人之后，由于能够立即将成为转变对象的手工作业转变为新的机器人的作业， 所以能够顺利地将基于手工的作业转变为基于机器人的作业。另外，由于将机器人作业区 域扩大而将手工作业区域缩小，所以能够在不改变生产线长度的状态下完成转变，从而实 现低成本。即，即使将机器人作业区域扩大，并将基于机器人的作业增加一道工序，生产线 长度也与扩大机器人作业区域之前相同。因此，即使计划以后的进一步的自动化工序，通 过重复上述步骤，也能够容易地扩大机器人作业区域并顺利地将手工作业转变为机器人作 业。
图1是表示本发明的第一实施方式的作业系统的结构的框图。图2是表示针对所述实施方式的作业系统的机器人区域上游侧的缓冲空间的、工 件的位置的经时变化的图。图3是表示针对所述实施方式的作业系统的机器人区域下游侧的缓冲空间的、工 件的位置的经时变化的图。图4表示适用本发明的第二实施方式的自动化作业方法的作业系统的结构的框图。图5是用于说明针对所述实施方式的作业系统的、将成为转变对象的手工作业抽 出的步骤的图。图6是用于说明针对所述实施方式的作业系统的、设置新的机器人并扩大机器人 作业区域的步骤的图。图7是用于说明针对所述实施方式的作业系统的、将成为转变对象的手工作业向 新的机器人作业转变的步骤的图。附图标记说明
1工件组装系统(作业系统)
10车体(工件)
21输送路径
30A、30B手工作业区域
40机器人作业区域
50A第一缓冲空间
50B第二缓冲空间
Pl P5作业人员
Rl R6机器人
101工件组装系统(作业系统)
110车体(工件)
121输送路径
130AU30B手工作业区域
140机器人作业区域
150AU50B缓冲空间
PlOl P108 作业人员
RlOl R104 机器人
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的各实施方式进行说明。(第一实施方式)图1是作为本发明的第一实施方式的作业系统的工件组装系统1的俯视图。工件组装系统1通过基于作业人员的手工作业以及基于机器人的机器人作业组 装作为工件的汽车的车体10。该工件组装系统1包括沿输送路径21输送汽车的车体10的输送装置20、沿输送 路径21设置的两个手工作业区域30A、30B、以及沿输送路径21设置的机器人作业区域40。在机器人作业区域40，从输送路径21的上游侧开始依次地配置用于组装车体10 的机器人Rl R6。手工作业区域30A、30B包括在机器人作业区域40的上游侧设置的手工作业区域 30A和在机器人作业区域40的下游侧设置的手工作业区域30B。在手工作业区域30A，从输送路径21的上游侧开始依次地配置用于组装车体10的
6作业人员Pl P3。另外，在手工作业区域30B，从输送路径21的上游侧开始依次地配置用 于组装车体10的作业人员P4 P5。输送装置20在手工作业区域30A、30B无停止地输送车体10。与此相对，输送装置 20在机器人作业区域40间歇地输送车体10。S卩，输送装置20在手工作业区域30A、30B连 续地输送车体10，而在机器人作业区域40有节拍地输送车体10。在此，在输送路径21的手工作业区域30A和机器人作业区域40的边界部分设有 第一缓冲空间50A。另外，在输送路径21的机器人作业区域40和手工作业区域30B的边界部分设有 第二缓冲空间50B。设置这些缓冲空间50A、50B的理由如下。车体10的输送速度在手工作业区域30A、30B和机器人作业区域40虽然相同，但 是如上所述，由于车体10的输送方法在手工作业区域30A、30B和机器人作业区域40不同， 所以在手工作业区域30A、30B和机器人作业区域40的边界部分设置缓冲空间，该缓冲空间 的长度设为对应于一个输送节拍的量的长度1τ。在该缓冲空间中，由于作为工件的车体10 彼此的间隔自零到对应于一个输送节拍的量的长度It之间变化，所以该It是缓冲空间的最 低限度的必要长度。另外，在机器人作业区域40的机器人Rl R6的任何一个发生不良状况的情况 下，需要暂时停止在机器人作业区域40内的车体10的输送。如此一来，将在手工作业区域 30Α内中止连续输送，从而出现作业人员的手头空闲的问题。图2(a)是表示车体10的输送刚停止之前的状态的图。图2 (b)是表示刚再次开 始车体10的输送后的状态的图。如图2(a)、(b)所示，由于车体10从手工作业区域30A通过连续输送被送出到缓 冲空间50A，所以使缓冲空间的最低限度的必要长度It比规定长度a长、以作为第一缓冲空 间50A即可。该规定长度a是在第一缓冲空间50A的、从停止车体10的输送开始到再次输 送为止的期间内，通过连续输送送出的车体10的移动量。因此，第一缓冲空间50A的长度I1通过下式(1)来确定。I1 = lT+a = lT+tXv... (1)在式(1)中，It是按节拍输送的对应于一个节拍的量的长度，t是当机器人Rl R6发生状况不良时停止按节拍输送车体10的时间，ν是车体10的输送速度。在此，停止输送的时间t是对机器人的轻微的状况不良进行修理并到机器人恢复 正常为止的时间，或者是判断机器人出现重大状况不良而将该机器人完全停止并到将基于 该机器人的作业从生产线撤去为止的时间。另外，在机器人作业区域40的机器人Rl R6中的任意一个发生不良状况而暂时 停止在机器人作业区域40内的车体10的输送时，由于在手工作业区域30B，车体10的输送 还在继续，所以无法供给在手工作业区域30B连续输送的车体10，出现作业人员的手头空 闲的问题。图3(a)是表示车体10的输送刚停止前的状态的图。图3 (b)是表示刚再次开始 车体10的输送后的状态的图。图3(c)是表示在再次开始输送后、机器人作业区域40的车 体10中的前面的车体刚被送出到第二缓冲空间50B内后的状态的图。
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如图3(a) (c)所示，由于需要将车体10不间断地供给到手工作业区域30B，所 以使最低限度的必要的缓冲空间的长度It比规定长度b长即可。该规定长度b是在机器人 作业区域40的、从停止车体10的输送开始到再次输送后，机器人作业区域40的车体10中 的前面的车体被送出到第二缓冲空间50B内为止的期间内通过连续输送送出的车体10的
移动量。因此，第二缓冲空间50B的长度I2通过下式(2)来确定。I2 = lT+b = lT+(t+tf) Xv... (2)在式(2)中，It是按节拍输送的对应于一个节拍量的长度，t是当机器人Rl R6 发生状况不良时停止按节拍输送车体10的时间。另外，tf是再次开始输送车体10后、到 快速输送先前停止输送的车体10并将该车体10被送出到第二缓冲空间50B为止的时间， ν是车体10的输送速度。以下，对第一缓冲空间50A以及第二缓冲空间50B的具体例子进行说明。例如，将输送装置20的连续输送以及按节拍输送的输送速度设为50秒移动6m、按 节拍输送时对应于每节拍的长度为6m。另外，停止时间设为60秒。于是，第一缓冲空间50A的长度I1如下式(3)。I1 = 6m+60 秒 X6m/50 秒=13. 2m ... (3)另外，若快速输送时间为8秒，第二缓冲空间50B的长度I2如下式(4)。I2 = 6m+ (60 秒、+8 秒、)X 6m/50 秒、=14. 16m ... (4)根据本实施方式，具有如下效果。(1)由于将第一缓冲空间50A的长度I1按照上述的式(1)进行了设定，所以即使 机器人Rl R6中的任意一个发生了不良状况而暂时停止按节拍输送车体10，也能够在到 再次开始输送车体10为止的期间内将被连续输送的车体10收容在该第一缓冲空间50A，所 以能够防止机器人作业区域40的上游侧的手工作业区域30A的作业人员的手头空闲。(2)由于将第二缓冲空间50B的长度I2按照上述式(2)进行了设定，所以即使机 器人Rl R6中的任意一个发生了不良状况而暂时停止按节拍输送车体10，也能够在再次 开始输送车体10后将该机器人作业区域4的车体10中的前面的车体送出到第二缓冲空间 50B,并进一步将该被送出的车体10高速输送，从而使其在该第二缓冲空间50B内追赶前方 的被连续输送的车体10。因此，连续输送的车体10能够不间断地供给到手工作业区域，从 而能够防止手工作业区域30B的作业人员的手头空闲。(第二实施方式)图4是作为适用本发明的一个实施方式的自动化作业方法的作业系统的工件组 装系统101的俯视图。工件组装系统101通过基于作业人员的手工作业以及基于机器人的机器人作业 组装作为工件的汽车的车体110。该工件组装系统101包括沿输送路径121输送汽车车体110的输送装置120、沿输 送路径121设置的两个手工作业区域130A、130B、以及沿输送路径121设置的机器人作业区 域 140。在机器人作业区域140，从输送路径121的上游侧开始依次地配置用于组装车体 110的机器人RlOl R103。
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手工作业区域130A、130B由在机器人作业区域140的上游侧设置的手工作业区域 130A和在机器人作业区域140的下游侧设置的手工作业区域130B构成。在手工作业区域130A，从输送路径121的上游侧开始依次地配置用于组装车体 110的作业人员PlOl P103。另外，在手工作业区域130B，从输送路径121的上游侧开始 依次地配置用于组装车体Iio的作业人员P104 P108。手工作业区域130A、130B和机器人作业区域140的边界部分设有缓冲空间150A、 150B。缓冲空间150A、150B包括在机器人作业区域140的上游侧设置的缓冲空间150A 和在机器人作业区域140的下游侧设置的缓冲空间150B。输送装置120在手工作业区域130A、130B无停止地输送车体110。与此相对，输送 装置120在机器人作业区域140间歇地输送车体110。S卩，输送装置120在手工作业区域 130AU30B连续地输送车体110，而在机器人作业区域140间歇地输送车体110。在上述的工件组装系统101中，按照以下步骤实施基于手工作业的工序的自动 化。如图4所示，首先抽出手工作业中成为转变对象的部分。例如，将电气配线安装作 业作为转变对象抽出。该电气配线安装作业由手工作业区域130B的作业人员P107执行。如图5所示，然后，在手工作业区域130B中的最靠缓冲空间150B侧进行该成为转 变对象的手工作业。具体而言，执行该电气配线安装作业的作业人员P107，向手工作业区 域130B的作业人员P104 P108中的最靠缓冲空间150B侧移动，然后继续进行电气配线 安装作业。另外，在作业人员P107的上游侧配置的作业人员P104 P106向下游侧移动一 个作业间隔。如图6所示，接下来，在缓冲空间150B设置新的机器人R104，从而将机器人作业区 域140向下游侧扩大。具体而言，在机器人R103的下游侧设有新的机器人R104。由于该缓 冲空间150B空置，所以即使在输送装置120工作中，也能容易地设置机器人R104。如图7所示，然后，将成为转变对象的手工作业转变为新的机器人R104的作业。具 体而言，通过机器人R104进行电气配线安装作业。然后，作业人员P107向未图示的其他作 业位置移动。由此，使手工作业区域130B向下游侧缩小，而缓冲空间150B的长度不发生变 化。根据本实施方式，具有以下的效果。(3)在缓冲空间150B设置新的机器人R4时，由于能够在缓冲空间150B内设置机 器人R104以及该机器人R104的周边装置，所以在设置作业中装置等和工程作业人员不会 妨碍在手工作业区域30B执行作业的作业人员，所以能够在不停止生产线的状态下进行设置。另外，在缓冲空间150B设置了新的机器人R104之后，由于能够立即将成为转变对 象的手工作业转变为新的机器人R104的作业，所以能够顺利地将基于手工的电气配线安 装作业转变为基于机器人的电气配线安装作业。另外，由于将机器人作业区域140扩大而将手工作业区域130B缩小，所以能够在 不改变生产线长度的状态下完成转变，从而实现低成本。即，即使将机器人作业区域140扩 大、并将基于机器人R104的作业增加一道工序，生产线长度也与扩大机器人作业区域140之前相同。因此，即使计划以后的进一步的自动化工序，通过重复上述步骤，也能够容易地 扩大机器人作业区域140并顺利地将手工作业转变为机器人作业。需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，在能够实现本发明的目的范围内的 变化、改进等都是包含在本发明之内的内容。例如，在上述第二实施方式中，虽然使在手工作业区域130B进行的工序自动化、 并向下游侧扩大了机器人作业区域140，但是并限于此，也可以使在手工作业区域130A进 行的工序自动化、并向上游侧扩大机器人作业区域140。
权利要求
一种作业系统，其包括沿输送路径设置的用于配置多个作业人员的手工作业区域、沿所述输送路径在所述手工作业区域的下游侧设置的用于配置多个机器人的机器人作业区域、在所述手工作业区域和所述机器人作业区域的边界部分设置的缓冲空间，在所述手工作业区域连续输送工件，在所述机器人作业区域有节拍地输送所述工件，所述作业系统的特征在于，所述缓冲空间的长度l1由下式(1)确定，l1＝lT+t×v…(1)在式(1)中，lT是按节拍输送的对应于一个节拍量的长度，t是当机器人发生状况不良时停止按节拍输送工件的时间，v是工件的输送速度。
2.—种作业系统，其包括沿输送路径设置的用于配置多个作业人员的手工作业区域、 沿所述输送路径在所述手工作业区域的上游侧设置的用于配置多个机器人的机器人作业 区域、在所述手工作业区域和所述机器人作业区域的边界部分设置的缓冲空间，在所述手工作业区域中连续输送工件，在所述机器人作业区域中有节拍地输送所述工件，所述作业系统的特征在于，所述缓冲空间的长度I2由下式(2)确定，12= lT+(t+tf) Xv ... (2)在式(2)中，It是按节拍输送的对应于一个节拍量的长度，t是当机器人发生状况不良 时停止按节拍输送工件的时间，tf是再次开始输送工件后到快速输送先前停止输送的工件 并将该工件送出到缓冲空间为止的时间，ν是工件的输送速度。
3.一种自动化作业方法，其针对通过作业人员以及机器人对工件进行作业的作业系 统，将手工作业转变为机器人作业，该自动化作业方法的特征在于，在所述作业系统中设有沿输送路径设置的用于配置多个作业人员的手工作业区域、 沿所述输送路径设置的用于配置多个机器人的机器人作业区域、在所述手工作业区域和所 述机器人作业区域的边界部分设置的缓冲空间，并且在所述手工作业区域连续输送所述工 件，在所述机器人作业区域有节拍地输送所述工件， 所述自动化作业方法包括将所述手工作业中的成为转变对象的部分抽出的步骤；使所述成为转变对象的手工作业在所述手工作业区域中的最靠所述缓冲空间侧进行 的步骤；在所述缓冲空间设置新的机器人以扩大机器人作业区域的步骤；将所述成为转变对象的手工作业转变为所述新的机器人的作业的步骤；削减所述手工作业区域中的最靠所述缓冲空间侧的区域以缩小所述手工作业区域的步骤。
全文摘要
本发明提供一种作业系统以及作业自动化方法。本发明的作业系统的一种工件组装系统(1)，其包括连续输送车体(10)的手工作业区域(30A)、在所述手工作业区域(30A)的下游侧设置的按节拍输送车体(10)的机器人作业区域(40)以及在手工作业区域(30A)和机器人作业区域(40)的边界部分设置的第一缓冲空间(50A)。
文档编号B62D65/14GK101965245SQ20098010817
公开日2011年2月2日 申请日期2009年2月16日 优先权日2008年3月12日
发明者丸尾胜, 堤田胜由, 柴山孝男, 长田笃, 高桥贡 申请人:本田技研工业株式会社