(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業対象物に嵌合する嵌合部材を有し、該嵌合部材は前記嵌合を案内するガイドを有するワークに対して、
ロボットエリア内で移動可能なハンドと、
前記ハンドに取り付けられ、前記ハンドの組付け方向の押込み動作により、前記ガイドにより前記ワークを前記組付け方向に直交する上下方向に移動する受動倣い機構と、を備え、
前記作業対象物は、前記組付け方向に直交し幅方向に延びる位置決め部材を有し、
前記ガイドは、前記位置決め部材を初期位置から完了位置まで案内する案内溝であり、前記案内溝は、前記完了位置に鉛直溝を有し、
前記受動倣い機構は、前記ガイドを前記完了位置に向けて上下方向に付勢する付勢装置を有し、
前記組付け方向の前記押込み動作により前記作業対象物に対して前記ワークを組付ける、ことを特徴とするワーク組付け装置。
【請求項２】
前記受動倣い機構に設けられ、前記ワークの変位を検出するストロークセンサと、
前記ハンドの位置と前記ワークの変位から前記作業対象物に対する前記ワークの組付け完了を検出する組付け判定部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のワーク組付け装置。
【請求項３】
前記受動倣い機構は、さらに、前記ワークを開放可能に把持するグリッパと、前記グリッパを前記組付け方向に直交する方向に移動可能に案内するリニアガイドと、を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク組付け装置。
【請求項４】
前記ハンドの作動を人による操作が可能なハンドガイド装置又は遠隔操作装置を備える、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク組付け装置。
【請求項５】
前記ハンドを前記作業対象物の搬送装置の姿勢に合わせて前記ワークと前記作業対象物の組付けが可能な姿勢に自動補正するラインキャリブレーション機能を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のワーク組付け装置。
【請求項６】
前記ラインキャリブレーション機能は、前記搬送装置のゆがみ量を計測するゆがみ計測機能と、計測した前記ゆがみ量に応じて前記ハンドの姿勢をリアルタイムに補正する補正機能とを有する、ことを特徴とする請求項５に記載のワーク組付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業対象物に対してワークを組付けるワーク組付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業対象物に対してワークを組付ける場合、特に組付けを行う作業対象物の位置が不定であり、かつ組付け部が見えないワークを組付ける作業の場合に、その作業を円滑に行うための手段が種々提案されている（例えば、非特許文献１〜３、特許文献１〜４）。
【０００３】
組付けを自動化するための技術としてティーチングプレイバック型のロボットを用いる方法があり、この場合ロボットのハンドに受動機構（非特許文献１）を用いて組付けを実現することが一般的である。ワークと作業対象物の位置にズレがある場合、受動機構でそのズレを吸収し組付けを行う。ただし、これらはピンと軸の嵌め合いなど、嵌め合いに必要な倣い動作量が小さいもの（数ｍｍ程度）に限定される。
【０００４】
人手で行う組付けをサポートする技術として助力装置（非特許文献２）を用いる手段がある。作業者は目でワークと作業対象物の位置関係を確認しながら、助力装置を操作して組付け作業を行う。
【０００５】
助力機構のほかに、人手で行う組付けをサポートする技術として、作業者がロボットを操作し組付けを行うハンドガイドシステム（非特許文献３）がある。作業者は目でワークと作業対象の位置関係を確認し、ロボットを操作することで組付けを行う。
【０００６】
また、特許文献１〜４は、組付けを行うための倣い機構を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】位置誤差吸収装置、ビー・エル・オートテック株式会社、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｌ−ａｕｔｏｔｅｃ．ｃｏ．ｊｐ／ＦＡ／
【非特許文献２】ラクラクハンド、アイコク  アルファ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／
【非特許文献３】藤井正和、塩形大輔、村上弘記、曽根原光治  「人間・産業用ロボットの協働のための安全システムの提案」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００８  ＪＳＭＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｎａｇａｎｏ，  Ｊａｐａｎ，  Ｊｕｎｅ  ５−７，  ２００８
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４３１号公報、「倣い機構」
【特許文献２】特開昭６１−２８４３８４号公報、「ハンド機構」
【特許文献３】特開昭６１−５２９４３号公報、「プレス機」
【特許文献４】特開昭５９−２０５２９３号公報、「ハンドリング装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１のロボットによる自動組付けでは、受動機構は数ｍｍ程度の位置ズレしか倣うことができない場合が多く、組付け前にあらかじめワークを作業対象物の近傍（数ｍｍ）まで搬送し、組付けを行う必要がある。そのため作業対象物の位置が不定の場合、作業対象物の画像処理等の高度な計測をしなければならない。仮に作業対象物の計測なしで組付け可能な受動機構を用いる場合は、受動機構の軸数が増え、倣い動作量も大きくする必要があり、装置が大きくなる。
【００１０】
非特許文献２の助力装置による組付けは、非特許文献１と異なり、作業対象物の位置が不定の場合でも人の操作によってワークと作業対象物の位置合わせができる。しかし作業者は操作中にワークの慣性を受けるため、ワークの姿勢合わせが難しい。そのため一般的にはメカストッパー等によりワークの姿勢を固定することが多いが、多品種混流の生産など作業対象物が変わる場合は対応しづらくなる。仮にワークの姿勢合わせの難しさを解消するために受動機構をとりつけ、姿勢にズレがあるワークと作業対象物を倣い動作で組付けようとすると、非特許文献１と同様に受動機構の軸数を増やさなければならず、受動機構が大きくなってしまう。
【００１１】
非特許文献３のハンドガイドシステムによる組付けは非特許文献２と同様に、作業対象物の位置が不定な場合でも人の操作でワークと作業対象物の位置合わせができる。しかし組付けの際の反力を作業者が感知できないため、ぶつかり（干渉）や押し込み過ぎが生じることがあり、組付け完了の判断が作業者により異なる場合がある。
【００１２】
同様に、特許文献１〜４の倣い機構では、非特許文献１と同様に、作業対象物の計測なしで組付け可能な受動機構を用いる場合に、受動機構の軸数が増え、倣い動作量も大きくする必要があり、装置が大きくなる問題があった。
【００１３】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、少ない軸数で構成でき、作業対象物に対するワークの概略位置合わせと単純な押し込み操作だけで、作業対象物にワークを組付けることができるワーク組付け装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、作業対象物に対するワークの組付け完了を作業者に通知することができ、組付け状態が見えない場合でもぶつかりや押し込みすぎを防ぐことができるワーク組付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、作業対象物に嵌合する嵌合部材を有し、該嵌合部材は前記嵌合を案内するガイドを有するワークに対して、
ロボットエリア内で移動可能なハンドと、
前記ハンドに取り付けられ、前記ハンドの組付け方向の押込み動作により、前記ガイドにより前記ワークを前記組付け方向に直交する上下方向に移動する受動倣い機構と、を備え、
前記作業対象物は、前記組付け方向に直交し幅方向に延びる位置決め部材を有し、
前記ガイドは、前記位置決め部材を初期位置から完了位置まで案内する案内溝であり、前記案内溝は、前記完了位置に鉛直溝を有し、
前記受動倣い機構は、前記ガイドを前記完了位置に向けて上下方向に付勢する付勢装置を有し、
前記組付け方向の前記押込み動作により前記作業対象物に対して前記ワークを組付ける、ことを特徴とするワーク組付け装置が提供される。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、前記受動倣い機構に設けられ、ワークの変位を検出するストロークセンサと、
ハンドの位置とワークの変位から作業対象物に対するワークの組付け完了を検出する組付け判定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の構成によれば、ハンドに取り付けられた受動倣い機構が、組付け方向に直交する方向の１軸のみを有するので可動部分の軸数が少ない。
また、受動倣い機構が、ハンドの組付け方向の押込み動作により作業対象物にワークを組付けるようになっているので、作業対象物に対するワークの概略位置合わせと単純な押し込み操作だけで、作業対象物にワークを組付けることができる。
【００１７】
また、本発明の実施形態によれば、ストロークセンサと組付け判定部により、ハンドの位置とワークの変位から作業対象物に対するワークの組付け完了を検出することができるので、作業対象物に対するワークの組付け完了を作業者に通知することができ、組付け状態が見えない場合でもぶつかりや押し込みすぎを防ぐことができ、品質の安定化、作業の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態のワーク組付け装置の平面図である。
【図２】図１の装置の部分側面図である。
【図３】図２の受動機構の構成図である。
【図４】図２の受動倣い機構の構成図である。
【図５】図１の装置のシステム構成図である。
【図６】組付け判定部の説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態のワーク組付け装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態のワーク組付け装置の平面図である。
この実施形態においてワーク組付け装置１０は、ライン１上を移動する作業対象物２にワーク３を組付けるためのハンドガイド装置である。ライン１は、組立ライン、ピッキングライン、加工ラインなど、作業対象物２を連続的に移動する搬送ラインを意味する。
【００２１】
ライン１は、作業対象物２（この例で自動車の車体）にワーク３（この例でインストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付けるラインであり、作業対象物２は所定の速度で左方（図で）に連続的に移動するようになっている。所定の速度は、一定でも変化してもよい。
ライン１は、作業対象物２を所定の軌道に沿って搬送する搬送装置（図示せず）を有する。所定の軌道は、予め設定された軌道である。
搬送装置は、作業対象物２の姿勢を保持したまま搬送できる限りで、ベルトコンベア、ローラコンベア、スラットコンベア、吊下げ式のチェーンコンベア、等であってもよい。
【００２２】
作業対象物２（車体）には、開口部（車体のドア部）が設けられており、この開口部を通してワーク３を車内に挿入することができる。またこの図で４はロボット１６のハンド取付け部（後述する末端部１４ａ）が移動するロボットエリア４ａを仕切るロボットエリア安全柵、５は搬送装置を仕切る人エリア安全柵である。
【００２３】
図１において、ワーク組付け装置１０は、受動倣い機構１２、ハンド１４、ロボット１６、操作盤１８、及びロボット制御装置２０を備える。
【００２４】
この例において、ハンド１４は、受動倣い機構１２を先端部分に有する細長い部材であり、この例ではほぼ水平に位置する。ハンド１４は、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、操作盤１８が作業対象物２からロボット１６の反対側に突出する長さを有している。
【００２５】
ロボット１６は、この例では多関節ロボットであり、ハンド１４の末端部１４ａ（図１で上端）を片持ち支持し、末端部１４ａをロボットエリア４ａ内で移動可能に構成されている。ロボットエリア４ａは、作業対象物２にワーク３を組付けるために、搬送装置と部分的に重複している。
なお、ロボット１６は、多関節ロボットに限定されず、その他の周知のロボットであってもよい。
【００２６】
操作盤１８は、この例でハンド１４の先端部（図１で下端部）に設けられ、作業対象物２からロボット１６の反対側に突出した状態で人６（例えば作業員）が操作盤１８を手動操作してハンド１４の並進（直交３軸方向の移動）を操作するようになっている。
なお、操作盤１８は、この例に限定されず、無線又は有線でロボット１６の作動を操作する操作盤であってもよい。
【００２７】
ロボット制御装置２０は、ロボット１６を制御する。ロボット制御装置２０は、ハンド１４の姿勢、もしくは姿勢及び位置をライン１の姿勢に合わせて自動補正するラインキャリブレーション機能を有する。
このラインキャリブレーション機能は、ライン１（搬送装置）のゆがみ量を計測するゆがみ計測機能と、計測したゆがみ量に応じてハンド１４の姿勢をリアルタイムに補正する補正機能とを有する。
補正機能は、姿勢の補正に限定されず、姿勢及び位置の補正を含んでもよい。
【００２８】
この構成により、組付け時にロボット１６により自動でワーク３の姿勢が決められるため、少ない軸数の受動機構（後述する）でもワーク３と作業対象物２の組付けが可能である。
【００２９】
図２は、図１の装置の部分側面図である。
この図において、ワーク組付け装置１０は、作業対象物２に嵌合する嵌合部材２４を有し、嵌合部２４は前記嵌合を案内するガイド２４ａ(図３参照)を有しているワーク３を対象とする。
また、ワーク組付け装置１０は、ロボットエリア４ａ内で移動可能な上述したハンド１４と、ハンド１４に取り付けられた受動倣い機構１２を備える。
受動倣い機構１２は、作業対象物２に対するハンド１４の組付け方向の押し込みにより、ガイド２４ａによりワーク３を組付け方向に直交する方向に移動するようになっている。ハンド１４の組付け方向７は、この例では、ライン１の移動方向（図１のｙ方向）である。
【００３０】
図３は、図２の嵌合部材２４の構成図である。
図２、図３に示すように、この例でワーク組付け装置１０は、組付け方向に直交し幅方向に延びる位置決め部材２３を有している作業対象物２と、ガイド２４ａが位置決め部材２３を初期位置から完了位置まで案内する案内溝２４ａであるワーク３を対象としている
位置決め部材２３は、作業対象物２に固定して設けられ、押し込み方向７に直交する幅方向（図でｘ方向）に延びる。位置決め部材２３は、この例では断面が円形の水平部材である。
【００３１】
嵌合部材２４は、ワーク３に固定して設けられ受動的に組付け方向に直交する方向（この例では上下方向）に移動可能に構成されている。この嵌合部材２４は、位置決め部材２３を初期位置Ａから完了位置Ｂまで案内する連続した案内溝２４ａを有する。
案内溝２４ａは、この例では、嵌合部材２４の前面に設けられた凹部２５ａから下方に斜めに延びる傾斜溝２５ｂと、傾斜溝２５ｂの下端から後方へ水平に延びる水平溝２５ｃと、水平溝２５ｃの後端から上方へ延びる鉛直溝２５ｄとからなる。
【００３２】
初期位置Ａは、凹部２５ａ内にある。作業対象物２に対するワーク３の概略位置合わせは、位置決め部材２３が凹部２５ａ内に位置するように、受動倣い機構１２を位置決めすることによる。
完了位置Ｂは、鉛直溝２５ｄ内にある。完了位置Ｂの鉛直溝２５ｄ内における高さは、後述する付勢装置３６により位置決めされる。
【００３３】
図４は、図２の受動倣い機構１２の構成図である。
この図において、受動倣い機構１２は、ハンド１４に取り付けられ、グリッパ３２、リニアガイド３４、付勢装置３６、及びストロークセンサ３８を備え、ワーク３を組付け方向に直交する方向（この例では上下方向）に移動可能に支持する。
【００３４】
グリッパ３２は、ワーク３を開放可能に把持する。リニアガイド３４は、ハンド１４に設けられ、グリッパ３２を組付け方向に直交する方向（この例では上下方向）に移動可能に案内する。付勢装置３６は、ハンド１４とグリッパ３２の間に設けられた付勢ばねであり、グリッパ３２を完了位置Ｂに向けて組付け方向に直交する方向（この例では上下方向）に付勢する。
ストロークセンサ３８は、ハンド１４に設けられ、ワーク３の変位（この例では高さ変化）を検出する。
【００３５】
図５は、図１の装置のシステム構成図である。
この図において、操作盤１８は、操作入力部１８ａと動作状態表示ランプ１８ｂを有する。また、ロボット制御装置２０は、組付け判定部２０ａと指令部２０ｂを有する。
【００３６】
この構成により、ハンド１４は手先位置ａをロボット制御装置２０に出力し、ストロークセンサ３８は、ワーク３の高さ変化（変位量ｂ）をロボット制御装置２０に出力し、組付け判定部２０ａは組付け完了信号ｃを指令部２０ｂに出力し、指令部２０ｂは、組付け完了信号ｃを動作状態表示ランプ１８ｂに出力し、操作入力部１８ａは、指令部２０ｂに対してワーク解除指令ｄを出力し、指令部２０ｂは、グリッパ３２にワーク開放信号ｅを出力するようになっている。
【００３７】
図６は、組付け判定部２０ａの説明図である。
この図において、（Ａ）は組付け開始時、（Ｂ）は組付け中を示している。
「組付け開始時」とは、位置決め部材２３と嵌合部材２４が接触した時、「組付け中」とは、位置決め部材２３が嵌合部材２４に倣うように受動倣い機構１２が作動している時を意味する。
【００３８】
図６において、ΣＲはロボット座標系、ΣＨはハンド座標系、ΣＷはワーク座標系である。
以下、組付け判定部２０ａによる組付け完了の判定方法を説明する。
【００３９】
（１）位置決め部材２３と嵌合部材２４が接触した時刻ｔ＝０での、位置決め部材２３の位置Ｐｒ（０）は、接触時（ｔ＝０）の手先位置ＰＨ（０）と、接触時の嵌合部材２４の変位Ｌ（０）、およびワーク座標系ΣＷからみた、嵌合部材２４の初期位置Ａを用いて、式（１）で取得できる。
Ｐｒ（０）＝ＰＨ（０）＋Ｌ（０）＋Ａ・・・（１）
【００４０】
（２）ロボット座標系ΣＲから見て、位置決め部材２３が停止している場合、時刻ｔにおける位置決め部材２３の位置Ｐｒ（ｔ）は、式（１）と同様に式（２）となる。
Ｐｒ（ｔ）＝ＰＨ（ｔ）＋Ｌ（ｔ）＋Ｃ（ｔ）・・・（２）
【００４１】
位置決め部材２３が停止している場合、Ｐｒ（ｔ）＝Ｐｒ（０）・・・（２ａ）であり、式（２ａ）より、ワーク座標系ΣＷからみた位置決め部材２３の位置Ｃ（ｔ）は、式（３）より算出できる。
ＰＨ（ｔ）＋Ｌ（ｔ）＋Ｃ（ｔ）＝ＰＨ（０）＋Ｌ（０）＋Ａ
⇒Ｃ（ｔ）＝ＰＨ（０）＋Ｌ（０）＋Ａ−（ＰＨ（ｔ）＋Ｌ（ｔ））・・・（３）
【００４２】
位置決め部材２３が速度Ｖで移動している場合、Ｃ（ｔ）は式（４）となる。
Ｐｒ（ｔ）＝Ｐｒ（０）＋Ｖ・ｔ
⇒Ｃ（ｔ）＝ＰＨ（０）＋Ｌ（０）＋Ａ−（ＰＨ（ｔ）＋Ｌ（ｔ））＋Ｖ・ｔ・・・（４）
【００４３】
（３）組付け完了判定
式（３）または式（４）と、完了位置Ｂを比較することで、組付け完了を判定できる。
ここで、完了位置Ｂの許容誤差をΔＤ（Δｄｘ，Δｄｙ，Δｄｚ）とし、ｘ，ｙ，ｚ成分毎に整理すると、式（５）の条件を満たすとき組付け完了と判定できる。
−Δｄｘ＜（Ｃ（ｔ）−Ｂ）ｘ＜＋Δｄｘ
−Δｄｙ＜（Ｃ（ｔ）−Ｂ）ｙ＜＋Δｄｙ
−Δｄｚ＜（Ｃ（ｔ）−Ｂ）ｚ＜＋Δｄｚ・・・（５）
ただし、ｘ，ｙ，ｚはワーク座標系から見たｘｙｚ成分を表す。
【００４４】
上述した組付け判定部２０ａを備えることにより、ハンド１４の位置とワーク３の変位（この例で高さ変化）から作業対象物２に対するワーク３の組付け完了を検出することができる。
【００４５】
図７は、本発明の第２実施形態のワーク組付け装置の模式図であり、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は作動説明図である。
図７（Ａ）（Ｂ）において、上述した嵌合部材２４は、スリット孔１２４であり、位置決め部材２３は、ピン１２３である。
ピン１２３は、スリット孔１２４と係合してワーク３を初期位置Ａから完了位置Ｂまで案内するテーパ面１２３ａと、完了位置Ｂにおいてスリット孔１２４からの抜けを防止するラッチ面１２３ｂとを有する。
【００４６】
上述した本発明の装置によれば、ハンド１４に取り付けられた受動倣い機構１２が、組付け方向に直交する方向の１軸のみを有するので、可動部分の軸数が少ない。
また、受動倣い機構１２が、ハンド１４の組付け方向の押込み動作により作業対象物２にワーク３を組付けるようになっているので、作業対象物２に対するワーク３の概略位置合わせと単純な押し込み操作だけで、作業対象物２にワーク３を組付けることができる。
【００４７】
また、本発明の実施形態によれば、ストロークセンサ３８と組付け判定部２０ａにより、ハンド１４の位置とワーク３の変位から作業対象物２に対するワーク３の組付け完了を検出することができるので、作業対象物２に対するワーク３の組付け完了を作業者に通知することができ、組付け状態が見えない場合でもぶつかりや押し込みすぎを防ぐことができ、品質の安定化、作業の効率化を図ることができる。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ライン、２  作業対象物（車体）、
３  ワーク（インストゥルメントパネル）、
４  ロボットエリア安全柵、４ａ  ロボットエリア、
５  人エリア安全柵、６  人、７  押し込み方向、
１０  ワーク組付け装置（ハンドガイド装置）、
１２  受動倣い機構、
１４  ハンド、１４ａ  末端部、
１６  ロボット（多関節ロボット）、１８  操作盤、
２０  ロボット制御装置、
２０ａ  組付け判定部、２０ｂ  指令部、
２３  位置決め部材、
２４  嵌合部材、２４ａ  ガイド（案内溝）、
２５ａ  凹部、２５ｂ  傾斜溝、
２５ｃ  水平溝、２５ｄ  鉛直溝、
３２  グリッパ、３４  リニアガイド、
３６  付勢装置（付勢ばね）、３８  ストロークセンサ、
１２３  ピン、
１２３ａ  テーパ面、１２３ｂ  ラッチ面、
１２４  スリット孔
【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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