(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して締結部材を自動的に締め付ける作業を行うナットランナを有する作業ユニットと、
前記作業ユニットの重量を保持し、且つ前記作業ユニットを移動自在に装着する第１作業機構と、
前記作業ユニット又は前記第１作業機構の一部に着脱可能に連結され、該作業ユニットを、前記ナットランナにより前記締結部材を自動的に締め付ける作業に沿って自動操作する第２作業機構と、
を備えることを特徴とする作業装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業装置において、前記第１作業機構は、バランサ機構又は多関節ロボットを備えることを特徴とする作業装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の作業装置において、前記ナットランナは、前記ワークであるタイヤが装着される車両のハブボルトに対して前記締結部材であるナットを自動的に締め付けることを特徴とする作業装置。
【請求項４】
請求項３記載の作業装置において、前記第２作業機構は、前記作業ユニットを、前記ナットランナにより前記ハブボルトに対して前記ナットを自動的に締め付ける作業に沿って自動操作するナット締め付けロボットであることを特徴とする作業装置。
【請求項５】
ワークに対して締結部材を自動的に締め付ける作業を行うナットランナを有する作業ユニットを、前記作業ユニットの重量を保持し、且つ前記作業ユニットを移動自在な第１作業機構に装着する工程と、
第２作業機構を、前記作業ユニット又は前記第１作業機構の一部に着脱可能に連結する工程と、
前記第２作業機構の作用下に、前記第１作業機構に装着されている前記作業ユニットを、前記ナットランナにより前記締結部材を自動的に締め付ける作業に沿って自動操作する工程と、
を有することを特徴とする作業方法。
【請求項６】
請求項５記載の作業方法において、前記第１作業機構は、バランサ機構又は多関節ロボットを有することを特徴とする作業方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の作業方法において、前記ナットランナは、前記ワークであるタイヤが装着される車両のハブボルトに対して前記締結部材であるナットを自動的に締め付けることを特徴とする作業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対して所定の作業を自動的に行うための作業装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の組立ラインにおいて、重量物部品の一つであるタイヤを、ロボットを用いて自動車車体に対して自動的に組み付ける作業が行われている。
【０００３】
この種の作業に適用されるタイヤ組み付け装置は、通常、タイヤを把持するタイヤ把持部と、ハブナットを自動車車体側に設けられているハブボルトに締め付けるための複数のナットランナとを備えている。
【０００４】
この種のタイヤ組み付け装置は、例えば、特許文献１に開示されているように、車両のハブボルトの数に対応するナットを、それぞれ所定の円周間隔に配置可能な複数のナットランナを有し、タイヤを前記車両に自動的に組み付けるタイヤ組み付け機構と、前記ナットを１本ずつ鉛直姿勢で供給するナット供給機構と、前記ナット供給機構から送給される前記ナットを、前記ナットランナ全てが周回配置される円周間隔に対応して周回配置させるとともに、前記ナットを前記ナットランナに受け渡すナット配列機構とを備えている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１０８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のタイヤ組み付け装置では、タイヤを把持するタイヤ把持手段及び前記タイヤを車両に締め付ける複数のナットランナが、単一のロボットに搭載されている。
【０００７】
ところで、最近、この種のタイヤ組み付け装置の他、種々の装置において、設備全体を小型化及び簡素化することが望まれている。
【０００８】
本発明はこの種の要請に対応するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所定の作業を効率的に行うことが可能な作業装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ワークに対して作業を行う作業ユニットと、前記作業ユニットの重量を保持し、且つ前記作業ユニットを移動自在に装着する第１作業機構と、前記作業ユニット又は前記第１作業機構の一部に着脱可能に連結され、該作業ユニットを前記作業に沿って自動操作する第２作業機構とを備えている。
【００１０】
また、第１作業機構は、バランサ機構又は多関節ロボットを備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、作業ユニットは、タイヤが装着される車両のハブボルトに対してナットを自動的に締め付けるナットランナを備えることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、本発明は、ワークに対して作業を行う作業ユニットを、前記作業ユニットの重量を保持し、且つ前記作業ユニットを移動自在な第１作業機構に装着する工程と、第２作業機構を、前記作業ユニット又は前記第１作業機構の一部に着脱可能に連結する工程と、前記第１作業機構に装着されている前記作業ユニットを、前記第２作業機構により前記作業に沿って自動操作する工程とを有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、第１作業機構が、作業ユニットの重量を保持するため、第２作業機構が、この作業ユニットに実際の作業を行わせる際、前記第２作業機構に付与される前記作業ユニットの荷重を有効に軽減することが可能になる。従って、第２作業機構を良好に小型化することができ、作業装置全体の小型化及び簡素化が容易に図られる。
【００１４】
しかも、メンテナンス等により第２作業機構を停止させる際には、この第２作業機構を作業ユニット又は第１作業機構から離脱させることができる。これにより、作業者は、第１作業機構のアシスト作用下に、作業ユニットの操作を容易に行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置１０が配置される組み立てライン１２の斜視説明図である。
【００１６】
組み立てライン１２は、自動車車体（車両）１４を台車１６ａに載置した状態で、タイヤ取り付け作業ステーションにピッチ搬送する搬送路１６を備えるとともに、前記搬送路１６の両側に配設される一対のタイヤ組み付け装置１０（図１には一側のみ記載）は、この自動車車体１４のハブボルト１８にタイヤＷを自動的に組み付ける。
【００１７】
タイヤ組み付け装置１０は、タイヤセットロボット２０と、ナット締め付けロボット（第２作業機構）２２と、ナットランナユニット（作業ユニット）２４が装着されるバランサ機構（第１作業機構）２６とを備える。
【００１８】
搬送路１６は、自動車車体１４の前輪側である第１取り付け部位２８ａと、前記自動車車体１４の後輪側である第２取り付け部位２８ｂとが、タイヤ取り付け作業ステーションに、順次、配置されるように、前記自動車車体１４を間欠搬送する。
【００１９】
タイヤセットロボット２０の近傍には、タイヤＷを配置するためのタイヤ投入コンベヤ３０が設置される。ナット締め付けロボット２２の近傍には、ハブボルト１８に締め付けられるナット３２を収容するナットストック部３４と、前記ナットストック部３４から所定数（５本又は４本）の前記ナット３２を取り出してナット置き台３６に整列して配置させるナット整列ロボット３８とが設置される。
【００２０】
タイヤセットロボット２０は、旋回自在なロボット本体４０を備え、このロボット本体４０の一対のアーム部４２の先端に設けられる各手首部４４には、タイヤ把持部材４６が装着される。ロボット本体４０には、各ハブボルト位置を検出するために第１取り付け部位２８ａ及び第２取り付け部位２８ｂの画像を撮影するＣＣＤ撮像カメラ（以下、単にカメラという）４８ａ、４８ｂが装着される。
【００２１】
ナット締め付けロボット２２は、ロボット本体５０を備え、このロボット本体５０のアーム部５２の先端に手首部５４が設けられる。手首部５４には、ナットランナユニット２４に着脱可能に連結される把持部５６が装着される。
【００２２】
ナットランナユニット２４は、図１及び図２に示すように、円筒状ケーシング５８を備える。この円筒状ケーシング５８内には、例えば、５本（又は４本）の図示しないモータが配設されるとともに、各モータに連結されるナットランナ６０は、前記円筒状ケーシング５８の端部から外方に露呈する。各ナットランナ６０は、第１取り付け部位２８ａ及び第２取り付け部位２８ｂの各ハブボルト１８に対応して同一円周上に配置される。
【００２３】
図２に示すように、円筒状ケーシング５８には、例えば、２つのねじ穴５８ａが形成されるとともに、把持部５６には、前記ねじ穴５８ａに対応して孔部５６ａが形成される。孔部５６ａに挿入されたねじ６１が、ねじ穴５８ａに螺合することにより、把持部５６に円筒状ケーシング５８が固定される。
【００２４】
バランサ機構２６は、エア式床置きタイプのバランサにより構成される。このバランサ機構２６のアタッチメント部６２には、ナットランナユニット２４が装着される。バランサ機構２６は、重量物であるナットランナユニット２４の重量を保持し、且つ前記ナットランナユニット２４を移動自在に装着する。なお、バランサ機構２６は、天井型バランサで構成してもよい。
【００２５】
ナット整列ロボット３８のアーム先端には、ナットストック部３４に収容されているナット３２を取り出してナット置き台３６に配置する開閉自在なナットチャック部６６が設けられる。
【００２６】
図３に示すように、タイヤセットロボット２０のカメラ４８ａ、４８ｂは、画像処理装置７０に第１取り付け部位２８ａ及び第２取り付け部位２８ｂの画像情報を出力する。画像処理装置７０は、演算部７２に接続され、この演算部７２では、第１取り付け部位２８ａのハブボルト位置及び第２取り付け部位２８ｂのハブボルト位置が演算され、主制御装置７４に出力する。
【００２７】
主制御装置７４は、演算部７２から入力された演算情報に基づいて、ナット締め付けロボット２２の動作を制御するとともに、タイヤセットロボット２０及びナット整列ロボット３８の動作制御も行う。
【００２８】
次に、このように構成されるタイヤ組み付け装置１０の動作について、本実施形態に係る組み付け方法との関連で、図４及び図５に示すフローチャート及び図６に示すタイミングチャートに沿って以下に説明する。
【００２９】
なお、タイヤセットロボット２０の動作フローが図４に示され、ナット締め付けロボット２２の動作フローが図５に示されるとともに、前記タイヤセットロボット２０及び前記ナット締め付けロボット２２の動作は、図６に示すように、互いに関連して行われる。
【００３０】
先ず、タイヤセットロボット２０の動作について説明すると、このタイヤセットロボット２０は、タイヤ投入コンベヤ３０上に配置されている前輪用のタイヤＷを、一対のタイヤ把持部材４６により把持する（ステップＳ１）。
【００３１】
タイヤＷを把持したタイヤセットロボット２０は、ロボット本体４０の旋回作用下に、タイヤ把持部材４６に把持されているタイヤＷを取り付け位置に移動させる（ステップＳ２）。その際、自動車車体１４は、前輪側である第１取り付け部位２８ａがタイヤ取り付け作業ステーション（取り付け位置）に対応して配置されている。
【００３２】
そして、タイヤセットロボット２０では、カメラ４８ａ、４８ｂにより第１取り付け部位２８ａの画像が撮影され、この撮影画像の演算処理によって、ハブボルト１８のセンシングが行われる（ステップＳ３）。
【００３３】
次いで、ステップＳ４に進んで、第１取り付け部位２８ａには、タイヤセットロボット２０を介してタイヤＷがセットされる。このため、前輪セット完了信号が出力され（ステップＳ５）、この状態で、後述するように、ナット締め付けロボット２２による前輪用のナット３２の締め付けが完了したか否かが判断される（ステップＳ６）。
【００３４】
ナット３２の締め付け完了信号が入力されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで、タイヤセットロボット２０は、タイヤ受け取り位置であるタイヤ投入コンベヤ３０側に移動する。このタイヤ投入コンベヤ３０上には、後輪用のタイヤＷが配置されており、タイヤセットロボット２０を構成する一対のタイヤ把持部材４６により、前記タイヤＷが把持される（ステップＳ８）。
【００３５】
タイヤセットロボット２０は、タイヤ取り付け位置側に移動し（ステップＳ９）、自動車車体１４が半ピッチ分搬送されたことが検出されると（ステップＳ１０中、ＹＥＳ）、すなわち、後輪側である第２取り付け部位２８ｂがタイヤ取り付け作業ステーションに配置されたと判断されると、ステップＳ１１に進んで、前記第２取り付け部位２８ｂのハブボルト１８のセンシングが行われる。このセンシングは、ステップＳ３の前輪用のハブボルト１８のセンシングと同様に行われる。
【００３６】
さらに、ステップＳ１２に進んで、第２取り付け部位２８ｂにタイヤＷがセットされると、後輪用タイヤセット完了信号が出力される（ステップ１３）。そして、後輪用のタイヤＷがセットされた第２取り付け部位２８ｂにおいて、ハブボルト１８にナット３２に締め付けが行われる。このナット３２の締め付けが完了すると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進んで、タイヤセットロボット２０は、タイヤ受け取り位置に移動する。
【００３７】
次に、ナット締め付けロボット２２の動作について、図５に沿って以下に説明する。
【００３８】
ナット締め付けロボット２２では、把持部５６に連結されているナットランナユニット２４が、ナット置き台３６側に移動される。ナットランナユニット２４を構成する各ナットランナ６０は、ナット置き台３６上に配列されている前輪用の５本のナット３２を把持する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
ナットランナユニット２４は、ナット締め付けロボット２２の駆動作用下に、取り付け位置である第１取り付け部位２８ａの近傍に移動する（ステップＳ１０２）。そして、タイヤセットロボット２０による前輪用のタイヤＷがセットされたことが検出されると（ステップＳ１０３中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進んで、第１取り付け部位２８ａの各ハブボルト１８にナットランナユニット２４の各ナットランナ６０を配置する。
【００４０】
この状態で、各ナットランナ６０は、図示しない各モータの駆動作用下に回転され、各ハブボルト１８にナット３２が締め付けられる。これにより、ナット３２の締め付け処理が完了し、ナット締め付け完了信号が出力される（ステップＳ１０６）。
【００４１】
ナットランナユニット２４は、ナット締め付けロボット２２の駆動作用下に、ナット受け取り位置であるナット置き台３６側に移動され（ステップＳ１０７）、各ナットランナ６０を介して後輪用のナット３２が把持される（ステップＳ１０８）。
【００４２】
さらに、自動車車体１４が半ピッチ分搬送された後、ステップＳ１０９に進んで、ナットランナユニット２４は、取り付け位置である第２取り付け部位２８ｂの近傍に移動される。そして、第２取り付け部位２８ｂに後輪用のタイヤＷがセットされたと判断されると（ステップＳ１１０中、ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に進んで、ナットランナユニット２４は、第２取り付け部位２８ｂに配置される。この状態で、各ナットランナ６０の回転作用下に、第２取り付け部位２８ｂのハブボルト１８にナット３２が締め付けられる（ステップＳ１１２）。
【００４３】
第２取り付け部位２８ｂにおけるナット締め付け処理が完了すると（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１４に進んで、ナットランナユニット２４は、ナット受け取り位置に移動する。
【００４４】
なお、組み立てライン１２では、自動車車体１４の両側にタイヤ組み付け装置１０が配置されており、上記と同様の作業が略同時に遂行される。
【００４５】
この場合、第１の実施形態では、相当に重量物であるナットランナユニット２４が、バランサ機構２６に装着されている。このため、ナットランナユニット２４の重量は、バランサ機構２６に保持されるとともに、前記ナットランナユニット２４は、種々の方向に移動自在である。
【００４６】
そして、ナット締め付けロボット２２は、ナットランナユニット２４に着脱可能に連結され、前記ナットランナユニット２４がバランサ機構２６に装着された状態で、ナット締め付け作業に沿って自動操作している。
【００４７】
このように、バランサ機構２６が、ナットランナユニット２４の重量を保持するため、ナット締め付けロボット２２は、前記ナットランナユニット２４に実際の作業を行わせる際、前記ナット締め付けロボット２２に付与される前記ナットランナユニット２４の荷重を有効に軽減することが可能になる。従って、ナット締め付けロボット２２を有効に小型化することができ、タイヤ組み付け装置１０全体の小型化及び簡素化が容易に図られるという効果がある。
【００４８】
さらに、メンテナンス等によりナット締め付けロボット２２を停止させる際には、このナット締め付けロボット２２をナットランナユニット２４から離脱させることができる。これにより、作業者は、バランサ機構２６のアシスト作用下に、ナットランナユニット２４の操作を容易に行うことが可能になる。
【００４９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置８０が配置される組み立てライン８２のブロック図である。なお、第１の実施形態に係る組み立てライン１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
タイヤ組み付け装置８０は、タイヤセットロボット２０と、ナット締め付けロボット２２と、ナットランナユニット２４が装着されるバランサ機構８４とを備える。バランサ機構８４は、電動式バランサを備えるとともに、前記バランサ機構８４は、バランサコントローラ８６を構成する制御部８８により制御される。
【００５１】
バランサコントローラ８６は、力演算部９０を有し、この力演算部９０は、ナット締め付けロボット２２の手首部に取り付けられた力覚センサ９２に接続される。この力覚センサ９２は、ナット締め付けロボット２２の手首部に付与される負荷を力演算部９０に入力する。
【００５２】
このように構成される第２の実施形態では、ナット締め付けロボット２２によりナットランナユニット２４がナット締め付け作業に沿って操作される。その際、ナット締め付けロボット２２の手首部に比較的大きな反力が作用すると、力覚センサ９２から力演算部９０に入力される信号に基づいて、制御部８８は、前記反力が０又は微少な値に近似するように、バランサ機構８４のアクチュエータ（図示せず）を駆動制御する。
【００５３】
このため、ナット締め付けロボット２２は、ナットランナユニット２４を搬送するのに必要な力が一挙に削減され、前記ナット締め付けロボット２２の一層の小型化が確実に図られるという効果が得られる。
【００５４】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置１００が配置される組み立てライン１０２の斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る組み立てライン１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
タイヤ組み付け装置１００は、タイヤセットロボット２０と、ナット締め付けロボット（第２作業機構）２２と、ナットランナユニット（作業ユニット）２４が装着される多関節ロボット（第１作業機構）１０４とを備える。
【００５６】
多関節ロボット１０４は、多関節型の汎用ロボットであり、例えば、ナット締め付けロボット２２と同様に構成される。多関節ロボット１０４のアーム１０６の先端には、力覚センサ１０８が装着されるとともに、前記力覚センサ１０８は、該力覚センサ１０８を基にした座標系であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、α１軸、α２軸及びα３軸の６軸方向の反力を検出する。多関節ロボット１０４は、各関節を動作させるためのアクチュエータ１１０ａ〜１１０ｄを設けている。
【００５７】
このように構成される第３の実施形態では、ナット締め付けロボット２２により、ナットランナユニット２４がナット締め付け作業に沿って操作される際、力覚センサ１０８が６軸方向の反力を検出する。
【００５８】
従って、検出された反力を０又は微少な値に近似させるように、各々のアクチュエータ１１０ａ〜１１０ｄが制御されることにより、ナット締め付けロボット２２は、ナットランナユニット２４を搬送するのに必要な力が一挙に削減される。これにより、ナット締め付けロボット２２の一層の小型化が確実に図られるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置が配置される組み立てラインの斜視説明図である。
【図２】前記タイヤ組み付け装置を構成するナットランナユニットの正面説明図である。
【図３】前記タイヤ組み付け装置のブロック図である。
【図４】本発明の組み付け方法において、タイヤセットロボットの動作を説明するフローチャートである。
【図５】前記組み付け方法において、ナット締め付けロボットの動作を説明するフローチャートである。
【図６】前記組み付け方法のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置が配置される組み立てラインのブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る作業装置であるタイヤ組み付け装置が配置される組み立てラインの斜視説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、８０、１００…タイヤ組み付け装置
１２、８２、１０２…組み立てライン  １４…自動車車体
１６…搬送路                        １８…ハブボルト
２０…タイヤセットロボット          ２２…ナット締め付けロボット
２４…ナットランナユニット          ２６、８４…バランサ機構
２８ａ、２８ｂ…取り付け部位        ３０…タイヤ投入コンベヤ
３２…ナット                        ３６…ナット置き台
３８…ナット整列ロボット            ４０、５０…ロボット本体
４８ａ、４８ｂ…カメラ              ５６…把持部
６０…ナットランナ                  ６２…アタッチメント部
７０、７４…画像処理装置            ７４…主制御装置
８６…バランサコントローラ          ８８…制御部
９０…力演算部                      ９２、１０８…力覚センサ
１０４…多関節ロボット              Ｗ…タイヤ
【図１】
0004691118.tif 000002
【図２】
0004691118.tif 000003
【図３】
0004691118.tif 000004
【図４】
0004691118.tif 000005
【図５】
0004691118.tif 000006
【図６】
0004691118.tif 000007
【図７】
0004691118.tif 000008
【図８】
0004691118.tif 000009