(57)【要約】      （修正有）【課題】製造ライン／セルの生産管理、工程管理のスマート化とセーフティ化を行う電動ドライバ作業支援パーソナルエリア・ネットワークシステムを提供する。【解決手段】製造ライン／セルで、複数の微細ねじ電動ドライバを用い、ねじの供給装置や電動ドライの垂直移動装置を含めた電動ドライバのロボット化をし、ライン／セルの他ドライバとの協調・同期運転には電動ドライバ・ロボットをネットワーク接続し、ねじ締め作業支援コントローラでの複数の電動ドライバの作業情報の収集・解析をし、外乱ビールスなどの侵入を防止し協調・同期制御する製造ライン専用のＰＡＮ（パーソナルエリア・ネットワーク）システムを構築する。ＰＡＮには暗号・認証技術と相性のよい無線ネットワークが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータ、各種同期モータなどを用いた微細ねじ電動ドライバを、ねじ供給装置、垂直軸（Ｚ軸）移動装置、ロボットコントローラ、各種センサ等をロボット化した複数の電動ドライバ・ロボット／センサ、生産・工程管理コントローラ・サーバ、ねじ締め判定ソフトウエアや作業支援ソフトウエアを組み込んだ作業管理コントローラをネットワーク接続し、製造ライン／セルを構築する電動ドライバ作業支援パーソナルエリア・ネットワーク（ＰＡＮ）システム。
【請求項２】
ねじ供給装置は、微細ねじをキャリアテープに封入、巻き取り、このテープを巻き戻し、ねじを電動ドライバに供給するテーピング装置（システム）を用いることを特徴とする。キャリアテープに貼り付けるねじは、ビスのみ、ナットのみ、ビス・ナット混合の３種がある。
【請求項３】
電動ドライバ作業支援ＰＡＮにはシリアル通信のＵＳＢ３．０のリンク層を機能強化して用いることを特徴とする。高度なセーフティとセキュリティが必要な場合はＡＥＳ暗号ロジックなどの暗号・認証技術を用いる。
【請求項４】
電動ドライバ作業支援ＰＡＮをＩＥＥＥ８０２．１５．４規格の近距離無線ネットワークＺｉｇＢｅｅで構築することを特徴とする。高度なセーフティとセキュリティが必要な場合はＡＥＳ暗号ロジックなどの暗号・認証技術を用いる。
【請求項５】
請求項３および請求項４の電動ドライバ作業支援ＰＡＮはデバイスネット、プロフィバスなどのフィールドバス、ＲＳ４８５、各種工業用イーサネットなどの有線ネットワーク及び赤外線やブルートゥースやエバネセント波などの無線ネットワークのいずれでもよい。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ステッピングモータ、各種同期モータなどを用いた微細ねじ電動ドライバを手動で操作するのではなく、製造ライン／セルに必要な複数個の自動微細ねじ電動ドライバをＰＡＮ（パーソナルエリアネットワーク）で接続し、ライン／セルの作業管理プログラムに従って自動操作するネットワークシステムの構築技術と、微細ねじ電動ドライバに、ねじテープ供給装置、垂直軸（Ｚ軸）移動装置、ロボットコントローラ、各種センサ等を高速リアルタイムネットワークで接続するシステム技術に闃する。
【背景技術】
【０００２】  電動ドライバの機能、性能、操作、稼動情報収集とうに関する特許文献は多いが、製造ライン／セルに設置された複数の電動ドライバをネットワーク接続し、リアルタイムで自動操作・稼動情報収集しているものは見受けられない。例えば特許文献１は、組立作業時に各種部品を表示、指示して作業ミス未然に防ぐプロセスであるが、複数の電動ドライバを用いる組立て作業にふれていない。特許文献２は、電動ドライバにそれぞれＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）を経由してＬＡＮに接続し、個々の電動ドライバの供給電流の変化を観測し、電動ドライバやビットやねじ締めの不良を検出・判定をしているが、ライン／セルの複数の電動ドライバの次工程ねじ締めとの同期や全電動ドライバの連携動作の不具合の検出・判定と補正動作指令がない。この場合のＬＡＮは電動ドライバ単体とホストコンピュータ／サーバ（複数）との単なる片方向シリアル通信であり、ライン／セルに設置された全電動ドライバと支援・判定・供給コンピュータ／サーバとのネットワーク接続ではない。また特許文献３、特許文献４、特許文献５も全て電動ドライバ単体の作業支援、センサやカメラによるねじ締め検出、判定であり複数電動ドライバのネットワーク管理に触れていない。【０００３】  図１は電動ドライバ作業支援の３階層構成である。第１回階層は複数の電動ドライバシステムコントローラ、第２階層は作業管理コントローラ、第３階層は生産・工程管理コントローラである。電動ドライバシステムは電動ドライバ、垂直移動（Ｚ軸）装置、ねじ供給テープ装置、電動ドライバシステムコントローラ／センサで構成された電動ドライバ・ロボットである。【０００４】  図２は図１の電動ドライバ作業支援を電動ドライバＰＡＮ２１を用いた本発明の構成図である。製造ライン／セルの複数の電動ドライバ・ロボット２２と生産・工程管理コントローラ／サーバ２３と作業管理コントローラ２４のネットワークシステムである。このネットワークはＬＡＮではなく、より高度なセーフティとセキュリティを確保出来るフィールドバス、ＵＳＢ３．０（ネットワーク）、ＲＳ４８５、各種工業用イーサネット、各種無線ネットワークとうを用いたＰＡＮを用いている。また電動ドライバ・ロボットはＵＳＢやＲＳ４８５やＺｉｇｂｅｅ無線とうのシリアル通信を用いたツリーやメッシュネットワークで構成されている。【０００５】  ＵＳＢ３．０は転送速度が５Ｇｂｐｓと高速で、ノードが１２７と有限であり、かなり高機能なリンク層があり、暗号技術との相性がよいので、ＰＡＮに最適なネットワークである。図３はＵＳＢ３．０をＰＡＮとして用いた事例である。【０００６】  図２の２２０はねじ供給テープシステムである。電動ドライバをいくら自動化しても、ねじの供給を自動化し、継続供給する機能がなければ意味がない。微細な電子部品をテーピングしてプリント基板とうに実装するテーピング技術を２ｍｍφ以下の微細ねじに応用した。【０００７】  ネットワークの信頼性を高度化するには、データの暗復号化と通信路の乱数や暗号技術によるデータ通信路認証が必要である。特に通信路の認証には認証速度が重要で大きな課題となっている。米国政府の新世代標準暗号ＡＥＳ（���ｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）などがよく用いられている。【０００８】  電動ドライバなどの手動・自動両方にもちいる小形機器の稼動情報収集、動作指示は有線よりも無線が適している。図６は産業界に用いられている無線方式の転送、消費電力の比較図である。電動ドライバ・ＰＡＮには６１のＺｉｇＢｅｅ、６２のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＩＥＥＥ８０２．１５．１）が向き、電動ドライバネットには６１のＺｉｇＢｅｅ、６３のＮＦＣ、６４のＲＦＩＤが適している。
【特許文献】
【特許文献１】特開２００６−３１８１６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９９７６５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９４４８３号公報
【特許文献４】特開２０１２−１６１８６０号公報
【特許文献５】特開２０１３−８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  特許文献３、特許文献４、特許文献５はいずれも電動ドライバを手動で用いたときの作業支援及び、ねじ締めの検出・判定についてである。本発明は製造ライン／セルの複数の電動ドライバシステムと生産・工程管理コントローラと作業支援コントローラを高信頼ネットワークのＰＡＮで接続し、製造ライン／セルの生産管理、工程管理のスマート化とセーフティ化が課題である。【００１０】  上記目的を達成するためには、電動ドライバ単体の自動化では不可能で、ねじ供給機能や垂直軸移動機能などを持った電動ドライバシステムとしての電動ドライバ・ロボットが必要である。電動ドライバ・ロボットの構成機器、ロボットコントローラを含めた電動ドライバ・ロボットシステム構築の高速、高信頼性の内部ネットワークが必要である。【００１１】  電動ドライバなどの手動・自動両方にもちいる小形機器の稼動情報収集、動作指示をネットワーク経由で行う場合に、イーサネットなどのＬＡＮ経由では信頼性強化や漏洩やビールス侵入に課題があり、有線ネットワーク配線の場合は電動ドライバの手動操作に課題が残る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上記課題を解決するため図１の生産・工程管理コントローラ、作業管理コントローラ、電動ドライバ・ロボットコントローラ、センサ（複数）の３階層システムを用い、電動ドライバコントローラと作業管理コントローラ間で指示と実績データを伝送する。この３階層は請求項１に係る電動ドライバ・ロボット、生産・工程管理コントローラ／サーバ、作業管理コントローラを高信頼及びセーフティなＰＡＮ（図２）で構築する。このＰＡＮは各種フィールドバス、ＵＳＢ、ＲＳ４８５、各種工業用イーサネットなどの有線ネットワークやＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤなどによる無線ネットワークである。電動ドライバなどの手動・自動両方にもちいる小形機器のネットワークとしては、有線のＵＳＢ３．０を用いたネットワーク（図３）、無線では９００ＭＨｚ帯のＺｉｇＢｅｅ（図５）が好ましい。【００１３】  上記電動ドライバ・ロボットは図２のように電動ドライバ、垂直軸移動装置、ねじ供給テープ装置、ロボットコントローラをＵＳＢやＲＳ２３Ｃなどの高速シリアル通信またはＺｉｇＢｅｅなどの無線ネットワークで接続され、ロボットコントローラで電動ドライバＰＡＮに接続することを特徴とする。【００１４】  請求項２のねじ供給装置にキャリアテープに封入したテーピングシステムは、１ｍｍφ以下の微細ねじを扱う電動ドライバへのねじ連続供給を可能にした。またビスのみ、ナットのみ、ビスとナットの混載が可能で、ビス締め、ナット締め、ビス・ナット締めなどが可能で各種のねじ締め工程への対応可能であることが特徴である。【００１５】  請求項３に記載のＵＳＢ３．０を用いた電動ドライバＰＡＮは、パソコンや端末とうに普及しているシリアル通信やＺｉｇＢｅｅなどの近距離無線ネットワークで構成する。生産・工程管理コントローラ／サーバ、作業管理コントローラ、電動ドライバ、ねじ供給装置、ロボットコントローラなどは一般にＵＳＢインタフェースを有していて、電動ドライバＰＡＮ、電動ドライバ・ロボットネットワークなどの接続インタフェースの新規開発や新規コネクタがいらなくなり安価なこと、１２７の有限ノードで通信路のチェックが容易なこと、ＡＥＳ暗号などの組込み容易なことなどが特徴である。【００１６】  請求項４に記載の近距離無線ＺｉｇＢｅｅは、低価格、極小消費電力で信頼性の高い近距離無線が目的で開発された、バッテリ内蔵の電動ドライバや長期間設置のセンサなどの無線通信に適している。さらに無線ネットワーク機能があること、セーフティ／セキュリティ目的の暗復号技術との相性がよいこと、９００ＭＨｚ帯では約３００ｍの範囲まで通信可能であることなどが特徴である。
【発明の効果】
【００１７】  本発明によれば、製造ライン／セルでの複数の各種微細ねじ締めの作業指示、工程管理、生産管理ができ、ねじテープ供給装置とのシステム化でビス、ナットの単体・混載による各種ねじ締めが可能で、ますます小形化する製品製造のスマート化を向上させ、多種少量生産も容易である。また電動ドライバ・ロボットシステムは電動ドライバ機能の実務的な自動化で、手動では困難な２ｍｍφ以下のねじ締めの試作から製造まで対応できる。【００１８】  また電動ドライバＰＡＮ構成により、小規模から大規模までの製造ライン／セルでのねじ締め対応が容易になり、電動ドライバ・ロボットにより微細ねじ締め工程の自動化が可能になった。【００１９】  電動ドライバＰＡＮ、電動ドライバ・ロボットネットワークともに無線ネットワークが可能で、手動作業の邪魔にならない情報収集と指示、ライン／セルの電動ドライバ（複数）の後付けの情報収集と指示ネットワークができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下、本発明に係る電動ドライバＰＡＮシステムおよび電動ドライバ・ロボットの実施の形態を、図３、図４、図５、図７、図８を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】  図３はＵＳＢ３．０規格３７の物理レイヤ３４を第一階層、リンクレイヤ３３を第２階層とし、本発明のＵＳＢ３．０ＰＡＮ機能プロトコルレイヤ３２を第３階層、アプリケーションレイヤ３１を第４階層で実現し構成である。ＵＳＢ３．０ＰＡＮ機能のプロトコルレイヤ３２はライブラリとして組見込み、アプリケーションレイヤ３１はユーザー３５が担当する。【００２２】  図４は電動ドライバ作業支援ＰＡＮの３階層システム（図１）のＵＳＢ３．０を用いたツリー、メッシュネットワークシステム例である。生産管理コントローラにＵＳＢホスト４１、作業管理コントローラと工程管理コントローラと電動ドライバ・ロボットコントローラはＵＳＢデバイス４３で、それぞれが独立したＵＳＢハブ４２経由で接続されている。また全てのＵＳＢハブとＵＳＢホストはメッシュ接続されＰＡＮを形成している。【００２３】  図５は電動ドライバ作業支援ＵＳＢ３．０・ＰＡＮをもちいた通信プロトコルソフトウエア例である。スタート５１、スキャン５２、接続５３、スタート５１またはストップという手順をとる。以下に通信におけるＵＳＢホストの役割（プログラム）とＵＳＢデバイス（複数）の役割（プログラム）について説明する。【００２４】  ＵＳＢホストとＵＳＢデバイス間通信はＵＳＢハブ経由で直接通信し、ＵＳＢデバイスとＵＳＢデバイス間通信は必ずＵＳＢホストを経由しなければならない。
▲１▼スタート５１では、ＵＳＢホストと接続されている全ノードとでブロードキャスト通信を行い、あらかじめプログラムされているＰＡＮ構成ノードを確認し、他のノードの接続を切断（リンク層）する。
▲２▼スキャン５２では、確認・選定されたＰＡＮ接続ＵＳＢデバイスノードアドレスは、製造時設定の固有アドレスを用いることも出来るが、信頼性を高めるために乱数を用いることがある。ＵＳＢデバイスノードそれぞれに乱数由来のダイナミックアドレスを新規に設定する。このダイナミックアドレスはＰＡＮの接続ノード変更などの必要に応じて短時間に変更でき、ぶら下がりや無線による不正を防止できる。
▲３▼接続５３では、ダイナミックアドレス設定後、ＰＡＮ接続ノード間通信を基本的には、ユニキャスト通信にし、片方向通信、双方向通信の設定をする。多重通信の場合は待ち行列などを用いる。高度なセキュリティが必要なノード間通信制御プログラムは暗号化しておくことが好ましい。
【実施例２】
【００２５】  ツリーやメッシュタイプのネットワーク機能を有したＺｉｇＢｅｅは近距離無線ＰＡＮともいわれている。約３００ｍの通信距離があり、約６４Ｋノードの膨大なアクセスが可能で障害物にも強い、しかし伝送速度は３００Ｋｂｐｓと遅いなどの特徴をもった９００ＭＨｚ帯のＺｉｇＢｅｅを用いた電動ドライバ作業支援ＰＡＮの実施例を以下に説明する。【００２６】  図７はＺｉｇＢｅｅ３．０を用いたアプリケーションの７階層構成で、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の２階層、リンクレイヤ７３とネットワークレイヤ７４のＺｉｇＢｅｅ機能、アプリケーションインタフェースレイヤ７５である。セキュリティ機能７０は電波の弱点の漏洩、ビールス侵入、伝播安定などへの対応に必須な機能でる。電波伝播状況に応じてデータ伝送の継続を担保した周波数の切替、暗号技術によるデータの漏洩、ビールスの侵入防止、通信路の認証などの機能がある。【００２７】  図８は実施例１と同じ電動ドライバ作業支援ＰＡＮの３階層システム（図１）をＺｉｇＢｅｅを用いた無線ネットワークシステムの構成例である。ＺｉｇＢｅｅはＵＳＢホスト、ＵＳＢハブ、ＵＳＢデバイスに対応したＺｉｇＢｅｅコーディネータ８１、ＺｉｇＢｅｅルータ８２、ＺｉｇＢｅｅエンドデバイス８３があるがＺｉｇＢｅｅエンドデバイス８３とＺｉｇＢｅｅコーディネータ８１は直接接続できる、電波伝播状況によりＺｉｇＢｅｅルータ８２の次のＺｉｇＢｅｅルータへの接続は自動的に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電動ドライバ作業支援の階層構成
【図２】電動ドライバ作業支援
【図３】ＵＳＢ３．０ＰＡＮ構成図
【図４】電動ドライバ作業支援ＵＳＢ３．０ＰＡＮ例
【図５】電動ドライバ作業支援ＵＳＢ３．０ＰＡＮプロトコル例
【図６】産業用無線と電動ドライバ無線ＰＡＮ
【図７】ＺｉｇＢｅｅの構成
【図８】ＺｉｇＢｅｅを用いた電動ドライバＰＡＮ構成例
【符号の説明】
【００２９】２１    電動ドライバＰＡＮ
２２    電動ドライバ・ロボット
２３    生産管理コントローラ／サーバ
２４    作業管理コントローラ
２２０  ねじ供給システム
２２１  Ｚ軸オプション
２２２  各種センサ
２２３  ＵＳＢ／ＲＳ４８５
２２４  電動ドライバ・ロボットコントローラ
２２５  電動ドライバ本体
２２６  ＵＳＢ／ＲＳ４８５ネットワーク
２３１  ビッグデータ
２４１  ねじ締め判定ソフトウエア
２４２  作業支援ソフトウエア
３１    ＵＳＢ３，０アプリケーションレイヤ
３２    ＵＳＢ３，０プロトコルレイヤ
３３    ＵＳＢ３，０リンクレイヤ
３４    ＵＳＢ３，０物理レイヤ
３５    ユーザー
３６    ＰＡＮ機能
３７    ＵＳＢ３．０規格
４１    ＵＳＢホストノード
４２    ＵＳＢハブノード
４３    ＵＳＢデバイスノード
５１    ＵＳＢ・ＰＡＮプロトコル／スタート
５２    ＵＳＢ・ＰＡＮプロトコル／スキャン
５３    ＵＳＢ・ＰＡＮプロトコル／接続
６１    ＺｉｇＢｅｅ
６２    Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
６３    ＮＦＣ
６４    ＲＦＩＤ
７０    ＺｉｇＢｅｅ  セキュリティ（機能）
７１    ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４  物理レイヤ
７２    ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４  ＭＡＣレイヤ
７３    ＺｉｇＢｅｅ  リンクレイヤ
７４    ＺｉｇＢｅｅ  ネットワークレイヤ
７５    ＺｉｇＢｅｅ＋ユーザー  アプリケーションインタフェースレイヤ
７６    ユーザアプリケーションレイヤ
７７    ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４
７８    ＺｉｇＢｅｅ
７９    ユーザー
８０    ＺｉｇＢｅｅコーディネータ
８１    ＺｉｇＢｅｅルータ
８２    ＺｉｇＢｅｅエンドデバイス
８１１  生産管理コントローラ
８２１  ＺｉｇＢｅｅルータ
８２２  ＺｉｇＢｅｅルータ
８２３  ＺｉｇＢｅｅルータ
８２４  ＺｉｇＢｅｅルータ
８２５  ＺｉｇＢｅｅルータ
８３１  工程管理コントローラ
８３２  作業管理コントローラ
８３３  電動ドライバ・ロボット
８３４  電動ドライバ・ロボット
８３５  電動ドライバ・ロボット
８３６  電動ドライバ・ロボット
８３７  電動ドライバ・ロボット
８３８  電動ドライバ・ロボット
【図１】
2015229239.tif 000003
【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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