JP2009131908A - 自動生産装置 - Google Patents

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圭 柿沼
Yoshiaki Ono
義明 小野
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【課題】小型かつ低コストで、多品種に容易に対応可能な汎用性の高い自動生産装置を提供する。
【解決手段】ワークWに対して複数の作業を行う自動生産装置1は、架台2上に設置されてワークWの搬送及び複数の作業を行うロボット3と、ロボット3に交換可能に取付けられ、ワークWの搬送及び複数の作業の少なくとも1つに対応する形状に形成された複数の作業ハンド4と、基台11と、基台11上に設置されて複数の作業のうち少なくとも1つに使用される作業機構とを有し、架台2上かつロボット3の作業範囲内に交換可能に配置された複数の作業ユニット5A〜5Fと、架台2上に設けられ、作業ユニット5A〜5Fの配置位置を規定する位置決め手段6と、ロボット3及び複数の作業ユニット5A〜5Fと接続され、ワークWの搬送及び複数の作業を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、小型部品や製品を生産する自動生産装置に関する。
近年、顧客のニーズの多様化による製品競争の激化から製品のライフサイクルは短縮化する傾向にあり、製品の種類もニーズの多様化に合わせて多品種にわたるようになってきた。従来の生産ラインや生産装置は製品毎に変更、または新規に構築しており、多品種生産の現在ではコストがかかりすぎるため、コストダウンにつなげることが困難である。そこで、製造においては、単に自動化するだけではなく、多品種中少量生産に対応できる汎用性の高い生産装置への要求が高まっている。
また、消費電力削減、スペース生産効率向上、装置コスト削減などの観点から、従来のような大規模な装置ではなく、生産する部品・製品に見合った大きさの装置が求められている。
この分野における従来技術として、テーブル上に作業モジュールを直線状に並べて設置し、生産ラインを構成するものであって、各作業モジュールは3つまたは4つのユニットから成り立ち、ユニットを交換して作業モジュールを組み替えることにより、様々な製品に対応できるようにする生産ラインシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、微小部品生産に関しては、搬送手段によって搬送される被組立物をクリーン化された室内ユニットに導入し、該室内ユニットを少なくとも1つ設け、該室内ユニットの1つに供給される微小部品と被組立物の相対的位置ずれを計測手段で計測し、微小部品の組立作業、締結結合作業、調整作業、検査作業を行う室内ユニットを有し、該室内ユニットを着脱可能に構成した微小部品自動製造システムが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−295156号公報 特許3094669号公報
しかしながら、特許文献1に記載の生産ラインシステムでは、様々な製品に対応させるために、すべてのモジュール内のユニット、または作業ロボットを組み替えなければならず、人手による組み換え・調整が煩雑であるという問題がある。また、ラインの形態をとっているため、一つの生産システムを構築するのに、搬送装置や作業ロボット、及び位置決め手段が作業モジュール毎に必要になり、結果として装置サイズが大きくなってしまい、装置コストも高くなってしまうという課題もある。
また、特許文献2記載の微小部品自動製造システムでも、上記特許文献1と同様に一つの生産システムを構築するのに、搬送装置や作業ロボット、及びクリーン化手段等が室内ユニット毎に必要になるため、装置サイズの大きさや装置コストの課題は同様に存在する。
さらに、搬送系が室内ユニットの外側にも出ているため、完全にクリーン環境にするにはクリーンルームが必要となり、装置以外にも莫大なコストがかかるという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小型かつ低コストで、多品種に容易に対応可能な汎用性の高い自動生産装置を提供することを目的とする。
本発明は、ワークに対して複数の作業を行う自動生産装置であって、架台上に設置されて前記ワークの搬送及び前記複数の作業を行うロボットと、前記ロボットに交換可能に取付けられ、前記ワークの搬送及び前記複数の作業の少なくとも1つに対応する形状に形成された複数の作業ハンドと、基台と、前記基台上に設置されて前記複数の作業のうち少なくとも1つに使用される作業機構とを有し、前記架台上かつ前記ロボットの作業範囲内に交換可能に配置された複数の作業ユニットと、前記架台上に設けられ、前記作業ユニットの配置位置を規定する位置決め手段と、前記ロボット及び前記複数の作業ユニットと接続され、前記ワークの搬送及び前記複数の作業を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
なお、本発明においてワークとは、単独の部品、及び複数の部品が組み合わされた製品又は半製品を含む。
本発明の自動生産装置によれば、ワークに対して行う複数の作業の内容に応じて架台上の作業ユニットを適宜選択、交換することにより、様々な工程に対応することが可能となる。
各々の前記作業ユニットは、前記基台の形状及び大きさが同一に形成されており、前記基台及び前記架台の少なくとも一方には、前記作業ユニットが誤った方向で配置されることを防止する誤配置防止部を有し、各々の前記作業機構において、前記ワークの作業が行われる作業位置の平面視における前記基台上の座標が同一に設定されてもよい。この場合、架台上の作業ユニットの種類にかかわらず、同一の作業位置にワークを搬送するようにロボットを制御すればよいので、制御部の制御が簡素となり、より好適に制御することができる。
本発明の自動生産装置は、前記ロボット及び前記作業ユニットを覆うカバーと、前記カバーに取付けられ、前記カバー内の空気を清浄にするクリーンユニットとをさらに備えてもよい。この場合、クリーンルーム等を設置せずに、クリーン環境下でワークの作業を行うことができる。
各々の前記作業ユニットは、加工、組立、調整、計測、洗浄、接着、検査、溶接、ハンダ付けのうちのいずれかを前記複数の作業として行うように構成されてもよい。この場合、様々な工程に対応可能な自動生産装置を構成することができる。
前記作業ハンドは、前記作業に対応した前記作業ユニットに着脱自在に取付けられてもよい。この場合、作業ユニット及び作業ハンドの設置を同時に行うことができるので、ワークの種類の変更に伴う作業ユニット及び作業ハンドの交換作業をより簡素で容易、かつ短時間にすることができる。
本発明の自動生産装置によれば、小型かつ低コストで、多品種に容易に対応可能な汎用性の高い自動生産装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。図1は、本実施形態の自動生産装置1を示す斜視図であり、図2は自動生産装置1の平面図である。なお、図1については、構成を見やすくするために、後述する位置決め手段6を省略して示しており、図2については、架台2上の構成を見やすくするため、後述するカバー7を除いて示している。
図1及び図2に示すように、自動生産装置1は、架台2上に設置されてワークWの搬送及び複数の作業を行うロボット3と、ロボット3の先端部に交換可能に取付けられる複数の作業ハンド4と、
架台2上かつロボット3の作業範囲内に交換可能に配置された複数の作業ユニット5と、架台2上に設けられ、作業ユニット5の配置位置を規定する位置決め手段6と、架台2上の各機構を覆うカバー7とを備えて構成されている。
架台2は、上面が平坦になっており、ロボット3及び6つの作業ユニット5Aないし5Fが配置されている。架台2の正面には、ワークWが搬入されるワーク搬入口8とワークWが搬出されるワーク搬出口9が設けられている。ワーク搬入口8及びワーク搬出口9では、エアシリンダやコンベア、単軸ロボット等の図示しない搬送機構によって、架台2の上面との間でワークWのやり取りを行う。
ロボット3は公知の構成からなり、多関節型の作業アーム3Aを有する。作業アーム3Aの先端には、ワークWの搬送を行う作業ハンド4が着脱自在に装着されている。作業ハンド4は複数あり、各々が作業ユニットで行われる作業に対応した形状に形成されている。図1においては、搬送用の作業ハンド4A以外の作業ハンドは、ロボット3の近傍に配置されたハンドマガジン10に収容されている。
作業ユニット5Aないし5Fは、いずれも架台2上に設置される基台11と、それぞれ基台11上に設けられた作業機構12Aないし12Fと、各作業機構の外周を覆う側壁部13とを備えて構成されている。作業機構12Aないし12Fは、例えば、加工、組立、調整、計測、洗浄、接着、検査、溶接、ハンダ付け等の各種作業又は工程のうち、特定の作業又は工程をワークWに対して行うのに必要な機械要素を有して構成されている。また、各作業ユニットの上部は開口しており、上部から作業ハンド4のアクセスが可能となっている。
なお、作業機構12Aないし12Fは、実際にはそれぞれ異なる形状を有するが、説明を理解しやすくするため、すべての作業機構を同一形状に簡略化して示している。
図2に示すように、各作業ユニットの基台11は共通に用いることが可能であり、長辺と短辺とを有する略長方形の同一形状となっている。また、各作業ユニットにおいて、ワークWに対して作業が行われる作業位置PAないしPFは、平面視において、基台11上における座標が同一に設定されている。すなわち、いずれの作業ユニットにおいても、作業位置と基台11のロボット3に対向する長辺S1との距離L1と、作業位置と基台11のロボット3に向かって右側に位置する短辺S2との距離L2が同一に設定されている。
また、ロボット3の近傍には、ワーク搬入口8から搬入されたワークWが運ばれる搬入ステージ8A、及び作業の終わったワークWが置かれてワーク搬出口9まで運ばれる搬出ステージ9Aが設けられている。
図3は、位置決め手段6及び作業ユニット5を示す図である。位置決め手段6は、架台2に突出して設けられた複数の当接部14と、作業ユニット5を架台2上に固定するクランプ部15とを備えて構成されている。
当接部14は例えば丸棒状の部材であり、作業ユニット5のロボット3に対向する長辺S1と、ロボット3に向かって右側に位置する短辺S2に対応する位置に取付けられている。したがって、各々の作業ユニット5の長辺S1及び短辺S2を当接部14に突き当てて基台11を配置することによって、作業ユニット5を架台2上の所定の位置に位置決めすることができる。なお、当接部14の形状や配置位置は、基台11を架台2上で位置決めすることができれば特に制限はなく、スペース等の諸条件に応じて適宜変更してよい。
クランプ部15は、作業ユニット5側の被固定部材15Aと、架台2上に設けられた固定部材15Bとから構成されており、当接部14によって位置決めされた作業ユニット5の基台11を所定位置に固定する。
クランプ部15は、当接部14に当接する長辺S1及び短辺S2に設けられてもよいし、当接部14に当接しない長辺及び短辺に設けられてもよい。また、被固定部材15Aが架台2に設けられ、固定部材15Bが作業ユニット5に設けられてもよい。
さらに、基台11の下面には、下方に向かって突出する突起部16Aが設けられており、架台2には、作業ユニット5が架台2上において正しい向きにセットされた時に突起部16Aと嵌合する嵌合孔16Bが設けられている。そして、突起部16A及び嵌合孔16Bによって、誤配置防止部16が構成されている。
誤配置防止部16の設置位置及び個数は、作業ユニット5の長辺S1と反対側の長辺が当接部14に当接した際に、少なくとも1つの突起部16Aと嵌合孔16Bとが嵌合しなくなる、すなわち、突起部16Aと架台2とが干渉して作業ユニット5が設置できなくなる位置でさえあれば、特に制限されない。
また、側壁部13には接続孔13Aが設けられており、架台2の下方から延出するコネクタ17が、接続孔13Aを通って各々の作業ユニットの作業機構と接続されている。各々のコネクタ17は、後述する制御部に接続されている。
カバー7は、架台2上に配置されたロボット3、各作業ユニット5、及びハンドマガジン10等の各機構を覆うように設けられており、ユーザが図示しない扉を介して架台2上の各機構にアクセス可能に構成されている。
また、カバー7の上面には公知のクリーンユニット18が取付けられており、カバー7内の空気を清浄にして、自動生産装置1の作業環境を清浄に保持できるようになっている。
図4は、自動生産装置1の各部のつながりを示すブロック図である。図4に示すように、架台2上に設置されたロボット3及び作業ユニット5Aないし5Fは、自動生産装置1全体の動作制御を行う制御部19に接続されている。制御部19には、複数種類の製品及び部品の生産プログラムが格納されている。また、制御部19には、ユーザが各種情報を制御部19に入力するための入力部20が接続されている。
制御部19は、図1に示すように、自動生産装置1に一体に組み込まれてもよいし、自動生産装置1に接続されたパソコン等の外部機器に格納されてもよい。
上記のように構成された自動生産装置1の使用時の動作について、以下に説明する。
まずユーザは、カバー7の図示しない扉を開け、ワークWに対して行われる各種作業に対応する作業ユニット5を架台2上に配置する。このとき、図3に示すように、基台11の長辺S1及び短辺S2を位置決め手段6の当接部14に当接させて各々の作業ユニット5を位置決めしながら誤配置防止部16の突起部16Aを嵌合孔16Bと嵌合させ、クランプ部15を介して架台2上に固定する。
併せて、設置された作業ユニット5に対応する作業ハンド4をハンドマガジン10にセットする。
そして、側壁部13の接続孔13Aを通して、コネクタ17を各々の作業ユニットの作業機構と接続する。そして、カバー7の扉を閉めて自動生産装置1を起動する。
なお、作業ユニットは、架台2上の6箇所すべてに配置されなくてもよいし、必ずしも工程順に配置されなくてもよい。
自動生産装置1が起動されると、クリーンユニット18が作動し、カバー7内の空気を清浄にして作業の準備をする。クリーンユニット18はワークWに対する作業中も動作を継続し、カバー7内のクリーン環境を保持する。
並行して、制御部19は、コネクタ17を介して設置された作業ユニット5の種別及び位置を認識する。ユーザは、入力部20を介して、各々の作業ユニット5を使用して行う工程の順番(すなわち作業ユニット5の使用順)や、対応する作業ハンド4の種類等の作業に必要な各種情報を制御部19に入力する。
各種情報の入力後、ユーザは図示しないワーク供給装置を動作させて、ワーク搬入口8から順次ワークWを供給する。供給されたワークWは、自動的に架台2上の搬入ステージ8Aまで移動する。
ロボット3は、搬入ステージ8A上のワークWに対して、入力部20から入力された情報にもとづいて、所定の順序で各工程における作業を行う。なお、以下の説明は、架台2上に作業ユニット5Aないし5Cが図1及び図2に示す位置に設置されており、作業ユニット5A、5B,5Cの順番で各作業ユニットに対応する作業が行われるという想定で説明する。
まず、ロボット3は、作業アーム3Aの先端に取付けられた搬送専用の作業ハンド4Aによって搬入ステージ8A上のワークWを把持し、作業ユニット5Aの作業位置PAまで搬送して該作業位置PAに載置する。作業ユニット5Aでは、作業機構12AによってワークWに対する所定の作業が行われる。ロボット3は必要に応じて作業ハンド4Aをハンドマガジン10に設置された対応する形状のものと交換して、当該作業を行ったり、補助したりする。
作業ユニット5Aにおける作業が終了した後、ロボット3は、作業ハンドを作業ハンド4Aに交換して、作業位置PAにあるワークWを把持し、次工程を行う作業ユニット5Bの作業位置PBに搬送して載置する。このとき、作業ユニット5Aにおいて使用した作業ハンドが搬送も可能な形状であれば、作業ハンドを交換せずにそのままワークWの搬送を行ってもよい。
続いて、作業位置PBにあるワークWに対して、作業ユニット5Bに対応する作業が作業ユニット5Aにおけるのと同様の手順で行われる。作業後のワークWは、上記と同様の手順で作業ユニット5Cの作業位置PCに搬送され、ワークWに対して対応する作業が行われる。
ワークWに対して予定されたすべての作業が終了した後、ワークWはロボット3によって搬出ステージ9Aに搬送されて載置される。その後、ワークWはワーク搬出口9から次工程に送られる。
作業内容を変更する際は、カバー7の扉を開け、コネクタ17を作業ユニット5から抜き、クランプ部15の固定を外して必要な作業ユニットと交換する。必要に応じてハンドマガジン10内の作業ハンド4も交換した後、扉を閉め、ユーザが入力部20から当該作業に必要な情報等を制御部19に入力すると、設定が終了して当該作業を実行可能となる。
本発明の自動生産装置1によれば、ワークWに対して行われる各種作業に応じて、架台2上に配置する作業ユニット5を適宜選択、交換することによって、加工、組立、調整、計測、洗浄、接着検査、溶接、ハンダ付け等の様々な種類の工程に柔軟に対応できる自動生産装置を構成することができる。
また、ロボット3の作業アーム3Aに着脱自在に取付けられる作業ハンド4も、各々の作業ユニット5に対応して複数設けられ、交換可能にハンドマガジン10に設置されているので、作業に応じて作業ハンド4を交換することで、ワークWの搬送とワークWに対する複数の異なる作業を共通のロボットで行うことができる。したがって、作業ユニットごとにロボットを備える必要がなく、小型で構成が簡素であり、かつ製造コストが低く抑えられた自動生産装置を提供することができる。
さらに、位置決め手段6によって、各作業ユニット5の基台11が所定の位置に確実に位置決めされて設置されるので、ロボット3によるワークWの搬送及び作業を確実に行うことができる。
また、各作業ユニットは基台11の形状が同一に設定されているため、架台2上のすべての設置位置にすべての作業ユニットを設置することができ、装置の汎用性を向上させることができる。
また、架台2及び基台11には、誤配置防止部16が設けられているので、作業ユニット5の設置向きを間違えると、誤配置防止部16の干渉によって設置不能となる。したがって、基台11が本実施形態のように、平面視において長方形等の点対象な形状であっても、向きを誤ることなく的確に設置することができる。
さらに、各作業ユニットにおける作業位置PAないしPFの平面視における基台11上の座標が同一に設定されているので、どの作業ユニットを配置しても作業が行われる作業位置の平面視における座標が同一となる。したがって、ロボット3の作業ハンド4は、設置された作業ユニットの種類にかかわらず、作業位置の座標にワークWを移動させればよいため、制御部19によるロボット3の制御を簡素にして、自動生産装置1をより好適に制御することができる。
加えて、クリーンユニット18を有するカバー7が架台2上のロボット3及び作業ユニット5を覆っているので、クリーンルームを設置することなく、清浄環境下でワークWに対する各種作業を行うことができる。
次に本発明の第2実施形態の自動生産装置について、図5を参照して説明する。本実施形態の自動生産装置と、上記第1実施形態の自動生産装置との異なる点は、各々の作業ユニットに、対応する作業ハンドが取付けられている点である。
なお、上記第1実施形態に既出の各構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図5は、本実施形態における作業ユニット22の一例を示す斜視図である。側壁部23の一部は基台24と平行な底面を有する作業ハンド取付け部25となっており、作業ユニット22における作業に対応する作業ハンド26が着脱自在に収容されている。
本実施形態の自動生産装置においては、ロボット3が作業ユニット22の作業位置にワークWを搬送した後、必要に応じてハンドマガジン10で搬送専用の作業ハンド4Aを取り外し、作業ハンド取付け部25において、作業アーム3Aの先端に作業ハンド26を装着し、作業等が行われる。
本実施形態の自動生産装置においても上述の第1実施形態の自動生産装置1と同様の効果を得ることができる。
さらに、作業ユニット22に対応する作業ハンド26が作業ハンド取付け部25に収容され、作業ユニット22と一体となっている。したがって、ハンドマガジン10の設置スペースを小さくし、装置のサイズをより小さくすることができる。また、ワークの種類の変更に伴う作業ユニットの交換作業の際には、使用される作業ユニット22を架台2上に設置するだけで、対応する作業ハンド26の設置も同時に終了する。したがって、装置動作前の作業ユニット及び作業ハンドの交換作業をより容易に、かつ短時間にすることができる。
本実施形態においては、作業ハンド取付け部25が側壁部23の一部に設けられている例を説明したが、これに代えて、作業ハンド取付け部25が基台24や作業機構に設けられても構わない。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の各実施形態においては、作業ユニットが側壁部を有する例を説明したが、作業ユニットは側壁部を有さず、基台及び作業機構のみで構成されてもよい。
また、誤配置防止部の設置位置及び構成も上述の実施形態における態様に限定されない。例えば、架台2上において作業ユニット設置時に基台の長辺S1と反対側の長辺が位置する部分に、作業ユニットが異なる向きで設置された際にクランプ部の被固定部材と干渉するように突起等を設けることによって誤配置防止部が設置されてもよい。同様に、作業ユニットが異なる向きで設置された際に、当接部と干渉するように、突起等を基台に設けることによって誤配置防止部としても構わない。
また、上述の各実施形態においては、ロボットとして多関節ロボットが使用される例を説明したが、ワークの搬送やワークに対する作業を直交する動きのみによって構成すれば、多関節ロボットに代えて、xyzの直交ロボットを用いてもよい。またロボットの台数も1台に限定されず、複数台用いてもよい。
さらに、架台上における作業ユニットの設置個数や準備される作業ユニットの数には特に制限はなく、適宜決定することができる。したがって、架台上の設置箇所の総数より多い数の作業ユニットを備え、それらの中から必要な作業ユニットが適宜選択されて架台上に設置されるように自動生産装置が構成されてもよい。
また、カバー及びクリーンユニットは本発明の自動生産装置には必須ではない。クリーン環境を必要としないワークを扱う場合は、これらの機構を設けずに自動生産装置を構成してもよい。
本発明の第1実施形態の自動生産装置を示す斜視図である。 同自動生産装置を示す平面図である。 同自動生産装置の架台及び作業ユニットを拡大して示す図である。 同自動生産装置の各部のつながりを示すブロック図である。 本発明の第2実施形態の自動生産装置における作業ユニットの一例を示す斜視図である。
符号の説明
1 自動生産装置
2 架台
3 ロボット
3A 作業アーム
4、4A、26 作業ハンド
5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、22 作業ユニット
6 位置決め手段
7 カバー
11、24 基台
12A、12B、12C、12D、12E、12F 作業機構
16 誤配置防止部
18 クリーンユニット
19 制御部
W ワーク

Claims (5)

  1. ワークに対して複数の作業を行う自動生産装置であって、
    架台上に設置されて前記ワークの搬送及び前記複数の作業を行うロボットと、
    前記ロボットに交換可能に取付けられ、前記ワークの搬送及び前記複数の作業の少なくとも1つに対応する形状に形成された複数の作業ハンドと、
    基台と、前記基台上に設置されて前記複数の作業のうち少なくとも1つに使用される作業機構とを有し、前記架台上かつ前記ロボットの作業範囲内に交換可能に配置された複数の作業ユニットと、
    前記架台上に設けられ、前記作業ユニットの配置位置を規定する位置決め手段と、
    前記ロボット及び前記複数の作業ユニットと接続され、前記ワークの搬送及び前記複数の作業を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする自動生産装置。
  2. 各々の前記作業ユニットは、
    前記基台の形状及び大きさが同一に形成されており、
    前記基台及び前記架台の少なくとも一方には、前記作業ユニットが誤った方向で配置されることを防止する誤配置防止部を有し、
    各々の前記作業機構において、前記ワークの作業が行われる作業位置の平面視における前記基台上の座標が同一に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の自動生産装置。
  3. 前記ロボット及び前記作業ユニットを覆うカバーと、
    前記カバーに取付けられ、前記カバー内の空気を清浄にするクリーンユニットと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の自動生産装置。
  4. 各々の前記作業ユニットは、加工、組立、調整、計測、洗浄、接着、検査、溶接、ハンダ付けのうちのいずれかを前記複数の作業として行うように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の自動生産装置。
  5. 前記作業ハンドは、前記作業に対応した前記作業ユニットに着脱自在に取付けられていることを特徴とする請求項2に記載の自動生産装置。
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