(57)【要約】【課題】本願発明は、ギヤシャフトの組立てのタクトタイムが小さく、装置のコストが低く、且つ装置のメンテナンスも容易であるギヤシャフトの組立て装置及びその方法を提供する。【解決手段】本願発明のギヤシャフト組立て装置は、６軸ロボットとギヤシャフト組立て台からなる。このロボットのハンドは、ギヤ３を押圧する押圧ブラケット５３を備え、押圧部５３ａでギヤを押圧しつつ把持する。このロボットハンドは把持したギヤを、ギヤのシャフト孔に組立て台の固定部４２に垂設されたシャフト２に貫通させて、シャフトの備えるスプラインの上部端部に近接状態に配置した後、ギヤをアンクランプし、このハンドを水平回転させる。及び／又は、ギヤシャフト組立て台はロボットハンドと反対方向に水平回転させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄スプライン部（２ａ）を設けたシャフト（２）とシャフト孔の内周面に雌スプライン部（３ａ）を設けたギヤ（３）を嵌合してなるギヤシャフト（１）を組立てる装置であって、該装置はロボットとギヤシャフト組立て台（４）とからなり、
上記ロボットのハンド（５）は、
上記ロボットのハンドの基台（５１）に、ばねを備えた２個のロッド（５２）を介して取り付けられた上下動自在であり、且つ上記シャフトが嵌通可能な円形孔と円筒形状のギヤ押圧部（５３ａ）を有するブラケット(５３)と、
上記ブラケットの下部に配設され、該ブラケットのギヤ押圧部（５３ａ）で押圧しつつ上記ギヤを把持する把持爪(５４)と、
上記把持されたギヤの有無を検知するための第一センサ(５６)と、
組立て完了を検知するための第二センサ(５７)と、を備え、
上記ギヤシャフト組立て台（４）は、                   
上記シャフトを垂設するためのシャフト固定部(４２)と、
上記シャフトを上記シャフト固定部(４２)と共に水平方向に回転させる組立てアクチュエータ(４３)と、を備え、
上記ロボットと上記ギヤシャフト組立て台は、同一のロボットコントローラで制御されることを特徴とするギヤシャフト組立て装置。
【請求項２】
上記ロボットのハンド（５）は、上記シャフトを把持する第二把持爪（５５）を有する請求項１記載のギヤシャフト組立て装置。
【請求項３】
上記ロボットは、上記組立てアクチュエータ（４３）を同一のロボットコントローラで制御する同時７軸制御ロボットである請求項１又は請求項２記載のギヤシャフト組立て装置。
【請求項４】
上記ギヤシャフト組立て台（４）は、上記シャフトを垂設状態に固定するための第二シャフト固定部(４５)を備える請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のギヤシャフト組立て装置。
【請求項５】
請求項１記載のギヤシャフト組立て装置を用いて、外周面に雄スプライン部（２ａ）を設けたシャフト（２）とシャフト孔の内周面に雌スプライン部（３ａ）を設けたギヤ（３）とをスプライン嵌合して組立てるギヤシャフト組立て方法であって、
（Ａ）上記ロボットが、上記ギヤ（３）を上記ロボットのハンド（５）の備える上記ブラケット(５３)のギヤ押圧部（５３ａ）で、該ギヤを押圧しつつ把持する工程と、
（Ｂ）上記ロボットが、把持した上記ギヤ（３）を移動し、該ギヤのシャフト孔及び上記ギヤ押圧部（５３ａ）に上記ギヤシャフト組立て台に垂設された上記シャフト（２）を嵌通させ、上記シャフト（２）のスプライン上端部と上記ギヤのスプライン下端部の近接する位置でアンクランプする工程と、
（Ｃ）上記ロボットは、上記ロボットのハンド（５）を所定位置まで下方向に移動させ、上記アンクランプしたギヤ（３）を、上記ブラケット（５３）の押圧部（５３ａ）で押圧しつつ、上記ロボットのハンド（５）を上記ブラケットの円形孔の平面中心点を軸として水平方向に回転させる工程と、
（Ｄ）上記ギヤシャフト組立て台（４）が備える上記組立てアクチュエータ（４３）は、上記ギヤシャフト組立て台（４）の備える上記シャフト固定部（４２）の平面中心点を軸として、上記シャフトを水平方向に回転させる工程と、
を備え、上記ロボットが上記（Ｂ）から（Ｄ）のいずれかの工程でギヤシャフトの組立て完了を検知した場合は、上記ギヤシャフトの組立て完了を検知した工程でギヤシャフトの組立てを完了することを特徴とするギヤシャフト組立て方法。
【請求項６】
上記工程が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順である請求項５記載のギヤシャフト組立て方法。
【請求項７】
上記工程が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｃ）の順である請求項５記載のギヤシャフト組立て方法。
【請求項８】
更に、上記（Ｃ）工程で水平方向に回転させたシャフトを回転前の位置に複動させる（Ｅ）工程を備える請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
【請求項９】
上記ロボットが上記シャフト（２）を（Ａ）工程の前に上記ギヤシャフト組立て台（４）に垂設する工程を備える請求項５乃至請求項８のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
【請求項１０】
上記組立て装置のロボットが、上記組立てアクチュエータ（４３）を同一のロボットコントローラで制御する同時７軸制御ロボットである請求項５乃至請求項９のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギヤシャフトの組立て装置及びその組立て方法に関する。詳しくは、ロボットと組立て台を用いて、外周面に雄スプライン部を設けたシャフトとシャフト孔の内周面に雌スプライン部を設けたギヤを嵌合してなるギヤシャフトを組立てる装置及びその組立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のトランスミッション等に用いるギヤシャフトにおいて、シャフトとギヤの雌雄スプライン部の嵌合組立ては、人力又は組立て専用機械により行うことも考えられるが、人力による場合又は組立て専用機械による場合のいずれであっても、ギヤシャフトの組立てコストが大きくなる。このため、ロボットによるギヤシャフトの組立てが自動車業界等で要請されている。ロボットによるワークと対象物の嵌め合い方法として、下記の方法が開示されている。
【０００３】
即ち、嵌め合わせる２つの部材等の一方をロボットアーム先端のハンド等で把持し、他方の部材に該一方の部材を挿入する作業において、この位置決めを自動化する方法としては、挿入する前に穴の位置をロボットアームに取付けられたビジョンセンサ等で検出し、位置補正をしてワークを穴に対して相対的に位置決めする方法が知られている。
【０００４】
また、上記方法の改良であって、予めワークなどの対象物を撮影してこれを参照画像として記憶し、視覚センサにより撮影した前記対象物の画像が前記参照画像と同じ状態になるようにロボットアームの位置姿勢を制御する視覚フィードバック制御を行うようにしたロボット装置の前記ロボットアームに補助センサを設けたものがある。このロボットは、前記視覚センサが前記参照画像を撮影したときの前記ロボットアームの位置姿勢で前記補助センサにより当該補助センサと前記対象物との関係情報を取得してこれを予め参照関係情報として記憶し、前記視覚センサにより撮影した前記対象物の画像が前記参照画像と同じ状態になるよう前記視覚フィードバック制御することに併せて、前記補助センサにより取得した当該補助センサと前記対象物との関係情報が前記参照関係情報と同じとなるように前記ロボットアームの位置姿勢を制御するフィードバック制御を行うものである（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、オートマチック・トランスミッションに使用されるクラッチを組立てる例で、外側に歯が切ってあるギヤを内側に歯の切ってあるリング状のプレートに歯を合せながら挿入する作業を自動的に行う方法として、下記の方法がある。まず、ギヤをクランプしたロボットが教示プログラム等によって、ギヤを把持したロボットを駆動しプレートの穴にこのギヤを挿入開始するために、予め教示された位置に移動させる。そして、あらかじめ計算された、探索基準軸、探索軸、探索周波数、探索範囲、探索軸の探索可能範囲に基づいて探索を行う方向の速度指令をプログラミングし、夫々周期と方向の異なる往復運動（回転往復運動を含む）を同時に合成してなる探索動作を求め、ギヤをプレートに接触させた状態で挿入方向に所定の力で押し付けながら、前記探索動作に基づいて前記ワークの移動を制御し、ロボット手首先端に設けられた６軸センサにより手首にかかる力・トルクを検出・制御し、検出力の設定値を超えた場合に探索動作を終了する方法がある（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１１６７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、外周面にスプライン部を設けたシャフトとシャフト孔の内周面にスプライン部を設けたギヤを嵌合してギヤシャフトを組立てる方法として、前述のビジョンセンサを用いる方法では、以下の欠点がある。即ち、ビジョンセンサを使用しなければならない分コストアップとなる。又、自動車等のギヤシャフト組立て現場の環境は、フォークリフト前照灯、太陽光、部品搬出入用トラック等の光の外乱が多く、ピジョンセンサが正常に機能しないことが往々にしてある。更に、自動車業界等が要求するギヤシャフト組立てのタクトタイムは通常１分以内であり、このタクトタイム内にシャフトに数個のギヤを取付ける必要があり、このタクトタイム内に両者のスプライン部面同士を合わせて嵌合して取付けるのは容易でない。更に又、組立て作業に故障があった場合には、現場担当者では、故障の修復が困難である。
【０００８】
また、前述のギヤを内側に歯の切ってあるリング状のプレートに歯を合わせながら挿入する作業を自動的に行う方法を使用した場合では、以下の欠点がある。即ち、複雑高度のプログラムが必要であり、コストアップにつながる。又、要求される前述のタクトタイム内に組立てを完了することが困難な場合がある。更に又、組立て作業に故障があった場合には、現場担当者では、故障の修復が困難であるという欠点を有する。
【０００９】
上記２方法は、ロボットの知能化を進め、判断力を向上してフレキシビリティーを大きくしたものである。しかし、自動車等のギヤシャフトの組立てには、いずれの方法も現実的でない。作業環境が適していないこと、高コストであること、タクトタイムが大きいこと、メンテナンスが困難であること、という欠点を有する。このため、自動車業界等では、人力に頼ってギヤシャフトの組立てを行っているのが現状である。
【００１０】
本願発明は、ギヤシャフトの組立てのタクトタイムが小さく、装置のコストが低く、且つ装置のメンテナンスも容易であるギヤシャフトの組立て装置及びその方法を提供することを目的とする。本願発明は自動車、船等の運搬用機器、建設用機器及びその他のトランスミッション等に使用されるギヤシャフトに利用される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、下記のとおりである。
１．外周面にスプライン部２ａを設けたシャフト２（本願発明において「シャフト」とはギヤを取付けてない状態のものをいう。）とシャフト孔の内周面にスプライン部３ａを設けたギヤ３を嵌合してなるギヤシャフト１（本願発明において「ギヤシャフト」とは、ギヤとシャフトが組立てられた状態のものをいう。）を組立てる装置であって、該装置はロボットとギヤシャフト組立て台４とからなり、
上記ロボットのハンド５（以下「ロボットハンド」ともいう。）は、
上記ハンドの基台５１に、ばねを備えた２個のロッド５２を介して取付けた上下動自在であり、上記シャフトが嵌通可能な円形孔と円筒形状のギヤ押圧部５３ａを有するブラケット５３と、
上記ブラケットの下部に配設され、該ブラケットで押圧しつつ上記ギヤを把持する第一把持爪５４と、
上記把持されたギヤの有無を検知する第一センサ５６と、
組立て完了を検知する第二センサ５７と、を備え、
上記ギヤシャフト組立て台４は、                       
上記シャフトを垂設状態に固定（本願発明において、「垂設状態」とは厳格な垂直を言うのではなく、略垂直を含む。）するためのシャフト固定部４２と、
上記シャフトを上記シャフト固定部４２と供に水平方向に回転させる組立てアクチュエータ４３と、を備え、
上記ロボットと上記組立て台は、同一のロボットコントローラで制御されることを特徴とするギヤシャフト組立て装置。
【００１２】
本願発明のギヤシャフト組立て装置は、ロボットハンド５にブラケットを装着してギヤを押圧しつつ把持するものであり、一方の組立て台は、垂設されたシャフトとともに回転するアクチュエータを備えている。このギヤをアンクランプした後、この押圧されたギヤを６軸ロボットの回転機能によりロボットハンドを水平回転させ、一方のシャフトは取付け台の備えるアクチュエータにより水平回転させて、嵌合させるものである。即ち、ロボットの知能化を進めることなく、人間の手の機能に近づけることにより課題を解決したものである。従って、本願発明のギヤシャフト組立て装置は、雌雄スプライン部の嵌合のための位置合せのために、視覚センサ等の特殊なセンサは必要ない。また、嵌合場所の探索プログラムや嵌合時の力やトルクの制御プログラムは必要ない。
【００１３】
２．上記ロボットのハンドは、シャフトを把持する第二把持爪５５を有する上記１．記載のギヤシャフト組立て装置。
３．上記ロボットは、上記組立てアクチュエータ４３を同一のロボットコントローラで制御する同時７軸制御ロボットである上記１．記載のギヤシャフト組立て装置。この本願発明は、嵌め合いのクリアランスが厳しい及び／又はスプライン部の面取りが少ない場合には７軸ロボットを使用して、上記組立てアクチュエータの動作をフレキシブルにしてギヤシャフトの組立てを容易にするものである。
【００１４】
４．上記ギヤシャフト組立て台４は、上記シャフトを垂設状態に固定するための第二シャフト固定部４５を備える上記１．又は上記２．記載のギヤシャフト組立て装置。この本願発明は、組立てるべきギヤシャフトが長尺であって、上記ギヤシャフト組立て台の備える固定部だけでは不安定な場合に、この第二ギヤシャフト固定部を用いて２点でシャフトを支えて安定にしてギヤシャフトの組立てを容易にするものである。
【００１５】
５．上記１．記載のギヤシャフト組立て装置を用いて、外周面にスプライン部２ａを設けたシャフト２とシャフト孔の内周面にスプライン部３ａを設けたギヤ３とをスプライン部嵌合して組立てるギヤシャフト組立て方法であって、
（Ａ）上記ロボットが、上記ギヤ３を上記ロボットのハンド５の備えるブラケット５３の押圧部５３ａで、該ギヤを押圧しつつ把持する工程と、
（Ｂ）上記ロボットが、把持した上記ギヤ３を移動し、該ギヤのシャフト孔及びギヤ押圧部５３ａが上記ギヤシャフト組立て台に垂設されたシャフトを嵌通して、上記シャフト２のスプライン部上端部と上記ギヤのスプライン部下端部の近接位置でアンクランプする工程と、
（Ｃ）上記ロボットは、上記ロボットのハンドを所定位置まで下方向に移動させ、上記アンクランプされたギヤ３を、上記ブラケット５３の押圧部５３ａで押圧しつつ、上記ロボットのハンド５を上記ブラケットの円形孔の平面中心点を軸として水平方向に回転させる工程と
（Ｄ）上記組立て台が備えるアクチュエータ４３は、上記ギヤシャフト組立て台４の備える上記シャフト固定部４２の平面中心点を軸として上記シャフトを水平方向に回転させる工程と、
を備え、ロボットが上記（Ｂ）から（Ｄ）のいずれかの工程で組立て完了を検知した場合は、上記検知した工程でギヤシャフトの組立てを完了することを特徴とするギヤシャフト組立て方法。
【００１６】
従来技術の方法は、ロボットがワークを把持した状態で、対象物に嵌合して組立てるものであり、この方法では両者のスプライン部面を嵌合クリアランス内に正確に位置決めする必要があり、更にワークを対象物に押圧挿入する場合に、ロボットの手首にかかるモーメントを検知したときは、このモーメントを減少させるプログラムが必要である。本願発明の方法は、ギヤをアンクランプして、このギヤを押圧した状態でブラケット及びシャフトを水平回転させることにより、課題を解決しているため、上記プログラムを必要としない。このため、すばやいギヤシャフトの組立てが可能である。
【００１７】
６．上記工程が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順である上記５記載のギヤシャフト組立て方法。
７．上記工程が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順である上記５記載のギヤシャフト組立て方法。
８．更に、上記（Ｃ）工程で水平方向に回転させたシャフトを回転前の状態に複動させる（Ｅ）工程を備える上記５．乃至上記７．のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
【００１８】
９．上記シャフトを上記（Ａ）工程の前に上記組立て台に垂設する工程を備える上記５．乃至上記８．のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
１０．上記組立て装置のロボットが、上記組立てアクチュエータ４３を同一のロボットコントローラで制御する同時７軸制御ロボットである上記５．乃至上記９．のいずれかに記載のギヤシャフト組立て方法。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明のギヤ組立て装置を用いれば、嵌合のための位置合せのために、視覚センサ等の特殊なセンサは必要なく、また嵌合場所の探索プログラムや嵌合時の力やトルクの制御プログラムは必要ないため、ギヤシャフト組立てタクトタイムが小さく、装置が低コストであり、且つ装置のメンテナンスが容易である。
【００２０】
また、本願発明は、組立てアクチュエータを同一のロボットコントローラで制御する同時７軸制御ロボットを使用し、この組立てアクチュエータをいっそうフレキシブルな動作をさせることができるため、嵌め合いのクリアランスが厳しい及び／又はスプライン部の面取りが少ない場合であっても、ギヤシャフトの組立てを容易にし、ギヤシャフト組立てタクトタイムが小さく、装置が低コストであり、且つ装置のメンテナンスが容易である。
【００２１】
更に、本願発明は、ギヤシャフト組立て台が第二シャフト固定部４５を備えるため、組立て台に垂設されたシャフトが不安定になることなく、確実にギヤシャフトの組立てができる。
【００２２】
本願発明の方法を使用すれば、嵌合のための位置合せのために、視覚センサ等の特殊なセンサのプログラム、また嵌合場所の探索プログラムや嵌合時の力やトルクの制御プログラムは必要ないため、ギヤシャフト組立てタクトタイムが小さく、組立てコストが低く、且つ工程のメンテナンスが容易である。
【００２３】
また、本願発明の方法は、ギヤシャフトの組立てが完了しない場合は、所定の工程に戻って、再度組立て工程を繰り返すことができるため、確実にギヤシャフトの組立てができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本願発明のギヤシャフト組立て装置は、ロボットとギヤシャフト組立て台４とからなる。
（１）ロボット
このロボットは、汎用の６軸の産業ロボットを使用することができる。このロボットハンド５は、ブラケット５３、第一把持部５４、第一センサ５６及び第二センサ５７を備える。
【００２５】
〔ブラケット〕
このブラケット５３はギヤ３をシャフト２のスプライン部２ａの上端部に押圧するものである。このブラケットは円筒形のギヤ押圧部５３ａを備える。このブラケットは上記ギヤを把持する場合にギヤ押圧部５３ａを介して上記ギヤを下方向に押圧しつつ把持し（図５参照）、上記ギヤをアンクランプしたときにも、ギヤ押圧部５３ａを介して上記ギヤを押圧する。したがって、ギヤがアンクランプされたときには、ギヤの下端部３１ａとシャフトのスプライン部の上端部２１ａは押圧状態で接触する（図６参照）。
【００２６】
このブラケット５３は、中央部にシャフトが貫通することができる円形孔５３ｂを有する。この円形孔５３ｂの直径は、ギヤのシャフト孔の直径より大きく且つギヤの直径より小さい。この範囲の直径であれば特に限定されない。上記ギヤ押圧部５３ａは円筒形状であって、その平面中心点は、上記ブラケットの円形孔の中心点と同一となるように取付けられ、その内径は上記円形孔５３ｂより大きくする (図３及び図４参照)。
【００２７】
上述のように、このギヤ押圧部５３ａは上記ギヤを把持した後であって、このギヤをアンクランプしたときも常にギヤをシャフトのスプライン部上端部２１ａを押圧している。本願発明のギヤシャフト組立て装置は、この押圧力を利用してギヤをシャフトに挿入する。このため、本願発明に係るロボットは、ギヤをシャフトに押圧して挿入する力制御を必要としない。
【００２８】
このブラケットは、基台５１に対して平行になるように、ばね５２ａを備えた２個のロッド５２に取付けられ（図１参照）、この２個のロッドはロボットハンド５の基台５１の貫通孔に上下動自在に取付けられる（図１及び図５参照）。従って、上記ばねを介してブラケットがギヤを垂直に押圧する。また、この２個のロッドは平面方向から見てブラケットの凸部両端部に取付けられているため（図３、図４参照）、ギヤを把持する際にブラケットの押圧部とギヤは垂直にほぼ平均した圧力で接触する。また、このロッドは上端部においてセンサ感知部５９で固定される。
【００２９】
後述するように、このロボットはロボットハンドを水平状態で上記ギヤをアンクランプするため、ギヤの下面(下端部)とシャフトのスプライン部上面(上端部)は水平に且つほぼ平均した圧力で接触する。従って、ギヤの挿入方向の軸とシャフトの挿入方向の軸はほぼ一致する。このため、ギヤをアンクランプしたときに、ギヤのスプライン部とシャフトのスプライン部がクリアランス内で一致した場合には、嵌合される(図１４参照)。又は、上記シャフト及びギヤスプライン部の面取りがある場合は面取り量で増加したクリアランス内で一致した場合（図１５参照）は、雌雄両スプラインは嵌合する。本願発明の装置は、ギヤをアンクランプした状態で嵌合させるため、嵌合時における６軸ロボットの手首５０にかかるトルクを制御する必要は無い。
【００３０】
このブラケットの材質は、特に限定されない。例えば、アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス、鉄等の金属、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ナイロン等の熱可塑性樹脂又は硬質ウレタンゴム等が用いられる。これらのうちで、アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス、鉄等の金属が好ましく用いられる。アルミニウム、銅、真鍮は、ギヤを傷つけることが少なく、また、鉄は安価なためである。
【００３１】
上記ばねの種類及び材質は、特に限定されない。ブラケット５３がギヤを下方に押圧できればよい。例えば、鋼製のコイルばね、サラばね、板ばね、角ばね、竹の子ばね、空気ばね、液体ばね等が使用できる。これらのうちで鋼製の圧縮コイルばねが好ましく用いられる。安価で入手しやすいためである。
【００３２】
〔第一把持爪〕
第一把持爪５４はギヤを把持するものである。この第一把持爪５４は、ロボットハンド５の把持アクチュエータ５８を介して、上記ブラケットの下方の位置に設けられる（図１及び図３参照）。この把持爪５４はギヤを把持できれば、把持方法は特に限定されないが、好ましくは平行移動型の一対の爪（５４ａ，５４ｂ）で把持する。これらの爪の形状はギヤを把持できれば限定は無いが、これらの各々の爪は、平面方向から見てＶヤゲン形状のきり欠きがあることが好ましい（図１〜図４参照）。ギヤを４点で安定に把持するためである。
【００３３】
この爪の材質は、特に限定されない。アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス、鉄等の金属、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ナイロン等の熱可塑性樹脂又は硬質ウレタンゴム等が用いられる。これらのうちでアルミニウム、銅、真鍮、鉄が好ましく用いられる。アルミニウム、銅、真鍮は、ギヤを傷つけることが少なく、また、鉄は安価なためである。
【００３４】
本願発明に係るロボットハンドは第二把持爪５５を有することが好ましい。この第二把持爪５５はシャフトを把持するものである。この第二把持爪５５は、第一把持爪５４が備える２個の爪の各々の下方に配設される。この把持爪５５はシャフトが把持できれば把持方法は限定されない。これらの爪は上述のアクチュエータ５８で平行移動してシャフトを２箇所で把持することが好ましい。シャフトは長尺であるため、２箇所で把持すると安定するためである。即ち、この把持爪は、２対の爪を（４個の爪５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ）備えることが好ましい（図４参照）。この爪の形状は特に限定されないが、Ｖヤゲン形状の切り欠き部を有することが好ましい（図１参照）。各一対の爪が４点でシャフトを把持するため、シャフトの把持が安定するためである。
【００３５】
この爪の材質は、特に限定されない。アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス、鉄等の金属、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ナイロン等の熱可塑性樹脂又は硬質ウレタンゴム等が用いられる。これらのうちでアルミニウム、銅、真鍮、鉄が好ましく用いられる。アルミニウム、銅、真鍮は、対象ワークを傷つけることが少なく、また、鉄は安価なためである。
【００３６】
〔第一センサ〕
第一センサ５６はロボットのハンドの基台５１に設けられたセンサブラケットに取付ける（図１参照）。この第一センサは、上述のロッド５２を固定するセンサ感知部５９を感知する。このロッド５２は上記ロボットハンド５の基台５１に対して相対的に上下するために、この第一センサは把持部がギヤを把持した際に、上記センサ感知部５９を感知してロボットはギヤを把持したことを検知する（図５参照）。このロボットは、上記ギヤの把持を検知した後に次の動作に移る。
【００３７】
このセンサは上記センサ感知部５９を感知できればよく、その種類は限定されない。例えば、リミットスイッチ、磁石、光、赤外線及び超音波等を使用したセンサを使用できる。これらのうちでセンサ感知部を金属として、磁石を用いたセンサ又はリミットスイッチが好ましく用いられる。安価且つ確実に検知するためである。
【００３８】
〔第二センサ〕
第二センサ５７は、ロボットハンドの基台５１に設けられたセンサブラケットの第一センサの上部に設けられる（図１参照）。上記ロッドを固定するセンサ感知部５９を感知する。この第二センサが上記センサ感知部５９を感知している場合は、この装置はギヤシャフトを組立て中であること示す。
【００３９】
このセンサは上記センサ感知部５９を感知できればよく、その種類は限定されない。例えば、リミットスイッチ、磁石、光、赤外線及び超音波等を使用したセンサを使用できる。これらのうちで第一センサと同様の磁石を用いたセンサ又はリミットスイッチが好ましく用いられる。安価且つ確実に検知するためである。
【００４０】
（２）ギヤシャフト組立て台
ギヤシャフト組立て台４は、シャフトにギヤを組立てるための台である。このギヤシャフト組立て台は水平状態に設置される。水平状態とは、厳密に水平ではなくても略水平であることも含む。このギヤシャフト組立て台４は、シャフトを垂設状態に固定するためのシャフト固定部４２と、この固定部に垂設されたシャフトをこの固定部とともに水平方向に回転させるための組立てアクチュエータ４３とを備える（図９、図１０参照）。
【００４１】
〔組立てアクチュエータ〕
この組立てアクチュエータ４３の駆動源は、特に限定されない。例えば空気圧、油圧、電動機及び電磁石を用いることができる。これらのうちで空気圧の駆動源を用いるものが好ましい。安価であり、且つ確実に作動するからである。このアクチュエータは、加圧空気のバルブを開いたときに、シャフト固定部４２の中心点Ｃを軸に一定角度回転する（図１０参照）。この組立てアクチュエータ４３が一定角度水平回転した後、切替えバルブにより、初期位置に複動するか、又はフリー状態とすることもできる。
【００４２】
上記切替えバルブは、上記ロボットと同一のコントローラを使用して、上記ロボットに連動して開閉する。この切替えバルブの作動は、後述の本願装置を用いたギヤシャフト組立て方法において説明する。このバルブが切替わって上記アクチュエータがフリーになった場合において、なお、組立てが完了していないときは、後述のロボットハンドの回転に伴って、上述の水平回転前の初期の位置まで複動する。
【００４３】
〔シャフト固定部〕
このシャフト固定部４２は、このシャフト固定部４２に垂直に配置された上記シャフトを固定する。この垂直配置手段は特に限定されないが、好ましくは、上記ロボットハンドの備える第二把持爪５５を用いて、ロボットが配置する。また、垂直配置されたシャフトの固定手段は特に限定されない。好ましくは３本爪（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）のチャック４１で固定する（図１０参照）。安定した垂直状態を維持するためである。
【００４４】
他の本願発明のギヤシャフト組立て装置は、上記組立てアクチュエータ４３を同一のロボットコントローラで第７軸として制御する同時７軸制御ロボット仕様とする。このロボットは、上記アクチュエータをよりいっそうロボット教示又はプログラムによりフレキシブルに水平回転運動させることができる。例えば、水平回転運動速度を自在に調整できるとともに、任意の角度でピッチ送りも可能である。また、上記アクチュエータの複動速度を自在に調整できる。更に、振動を与えつつ上記水平回転運動をすることも可能である。
【００４５】
この同時７軸制御ロボットは、特に嵌め合いのクリアランスｍが小さいとき又はスプライン部の面取りが少なくてクリアランスｎが小さいときには、上述の組立て台に用いるアクチュエータよりもフレキシブルに作動できるため、特に有効である（図１４、図１５参照）。
【００４６】
他の本願発明のギヤシャフト組立て装置は、上記シャフト組立て台４上に垂設されたシャフトを安定した状態に固定するための第二シャフト固定部４５を備える（図１１、図１２参照）。この第二シャフト固定部は、駆動部４７と１対の爪４６からなり、この１対の爪４６は上記駆動部４７を用いて、開閉自在となっている（図１１、図１２参照）。この第二シャフト固定部４５は、上記シャフト組立て台のシャフト固定部４２が、このシャフトを垂設・固定した後に、このシャフトのスプライン部が設けられていない箇所を上記一対の爪４６を閉じて固定する。通常、この第二シャフト固定部４５の備える上記一対の爪４６は、ロボットがギヤシャフト組立て中である場合は、閉じてこのシャフトを固定しているが、ギヤを把持したロボットハンド５がシャフトを嵌通する場合等は一旦開いて、このシャフトを開放する。その後、この爪を再度閉じてシャフトを固定する。また、シャフトギヤの組立てが完了したときは、この爪４６を開いてこのギヤシャフトを開放する。
【００４７】
本願発明の上記ギヤシャフト組立て装置の使用方法は、下記のとおりである。
（１）上記ギヤシャフト組立て台にシャフト２を垂直に配置する。この配置方法は特に限定されないが、本願ロボットが配置することが好ましい。このロボットのハンド５が上記シャフト２を第二把持爪５５で把持して、上記ギヤシャフト組立て台４の上記シャフト固定部４２に垂直・配置する。このシャフトの垂直・配置の位置は、上述のシャフト固定部を平面方向から見た中心点Ｃ（図１０参照）に、上記シャフトを底面方向から見た中心位置が重なるようにする。この動作は教示プログラムで行うことができる。
【００４８】
（２）上記シャフトは、上記シャフト固定部４２の中心点Ｃに上記シャフト２が垂直に配置されたとき固定される。この固定方法は特に限定されないが、好ましくは、３本爪（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）のチャック４１でこのシャフトを固定して設置する（図１０参照）。この動作は、上述のロボットコントローラで行うことができる。
【００４９】
（３）本ロボットハンドの第一把持爪５４が上記ギヤ３を把持する。図５は、本工程においてロボットハンドの第一把持爪５４が上記ギヤ３を把持するときの説明図である。図５に示すように、ロボットの上記把持爪５４が上記ギヤ３を把持するときに、ブラケット５３のギヤ押圧部５３ａが上記ギヤを押圧した後、このギヤを押圧しつつ把持する。このギヤを把持したときにロッド５２はハンド基台５１に対して相対的に上昇する。このため、このロッドに固定されているセンサ感知部５９は第一センサ５６により感知され、ロボットはギヤを把持したことを検知して次の動作に移ることができる。
【００５０】
上記ロボットが上記ギヤの把持を検知した後、このロボットは把持した上記ギヤを、ギヤのシャフト孔３ｂを上記組立て台のシャフト固定部４２に垂設されたシャフト２に貫通させて、シャフトの備えるスプライン部の上端部２１ａに近接状態に配置する。図６は本工程の上記動作を正面から見た説明図である。また、図７は上記動作を側面から見た説明図である。上述の近接状態とはシャフトのスプライン部とギヤのスプライン部が接するほどに近くに配置する意味であって、両スプライン部が接する場合も含む。この状態に配置されたギヤ３は、なおブラケット５３の押圧部５３ａにより押圧されている。この動作は、通常のティーチングにより行うことができる。
【００５１】
（４）シャフトのスプライン部の上端部２１ａに近接・配置された上記ギヤをロボットはアンクランプする。このロボットが上記ギヤをアンクランプした後も、上記ブラケットはギヤを下方向に押圧し続ける。この押圧されたギヤはアンクランプされたときに両スプライン部が嵌合してギヤシャフトが組立てられるか、または組立てられずにギヤはシャフトの上端部２１ａにとどまる。上記嵌合してギヤシャフトが組立てられたときは、ブラケットはロボット基台５１に対して相対的に下方に移動するため、第一センサ５６は上記センサ感知部５９を感知しない。この第一センサ５６がセンサ感知部５９を感知しないときに、ロボットはギヤシャフトの組立てを検知して、組立ては完了する。
【００５２】
（５）上記工程でロボットが組立てを検知しない場合（第一センサ５６がセンサ感知部５９を感知している場合）は、このロボットは、ロボットハンド５を下方に所定位置（例えば、ギヤの厚みだけ下降させた位置、あるいは第二センサがセンサ感知部を感知できる位置等）まで移動させる。このため、このギヤ３は上記ブラケット押圧部５３ａにより更に下方に、ばねで強く押圧される。図８は本工程の上記動作を側面から見た説明図である。上記ロボットハンドの下方向移動において、雌雄両スプラインが嵌合する場合がある。この場合は、上述のロッド５２は上記ロボットハンド５の基台５１に対して相対的に下降し、第一センサ５６はセンサ感知部５９を感知するが、第二センサ５７はセンサ感知部５９を感知しない。このとき、ロボットはギヤシャフトが組立てを完了したことを検知し、ギヤシャフト組立て工程を終了する。
上記両スプラインが嵌合しないときは、その後、第二センサ５７が上記センサ感知部５９を感知する。このセンサ感知部を感知した場合は、このロボットはロボットハンド５を上記ブラケットの円形孔の平面中心点を軸として水平方向に回転させる。このため、上記ブラケットに押圧されている上記ギヤはロボットハンドの回転に伴って水平方向に回転応力が生ずる。
【００５３】
この応力のためギヤ３は、下記のいずれかの動きをする。
（ａ）上記ギヤは、ブラケットと供回りして、このブラケットと同一方向に水平回転する。
（ｂ）上記ギヤは、上記ブラケットとの間に滑りをおこしつつブラケットと同一方向に回転する。
（ｃ）上記ギヤは、上記ブラケットとの間に滑りが生じ、水平回転をしない。
本工程においては、上記ギヤの動きは上記（ａ）、（ｂ）、又は（ｃ）のいずれであってもよいが、好ましくは上記（ｂ）の動きになるように上述のばね５２ａを選択する。この動きの場合には、特にスムーズに嵌合が行われる場合が多いからである。この回転方向はいずれの方向でもよい。また、一方に一定角度回転した後に反対方向に回転させてもよい。
この回転の際に両スプライン部が嵌合して組立てが完了した場合には、上述のロッド５２は上記ロボットハンド５の基台５１に対して相対的に下降する。従って、この第二センサ５７はセンサ感知部５９を感知しない。このため、ロボットはギヤシャフトが組立てを完了したことを検知し、ギヤシャフト組立て工程を終了する。
【００５４】
（６）上記工程で、ロボットがギヤシャフトの組立て完了を検知しない場合は、組立てアクチュエータ４３は、シャフト固定部４２の中心位置Ｃを軸に水平方向に一定角度回転する。この回転方向は上記ロボットハンドの回転方向と反対方向であっても同一方向であってもよいが、反対方向に回転することが好ましい。上記回転角度は特に限定されないが、好ましくは１度から９０度、更に好ましくは１度から４５度、特に好ましくは２度から２０度である。この範囲の回転である場合は、両スプライン部がスムーズに嵌合する場合が多いためである。
この際に両スプライン部が嵌合した場合は、上述のロッド５２は上記ロボットハンド５の基台５１に対して相対的に下降する。このため、第二センサ５７はセンサ感知部５９を感知しない。よって、ロボットはギヤシャフトが組立てを完了したことを検知し、ギヤシャフト組立て工程は終了する。上述のように、第二センサ５７が一度センサ感知部５９を感知した後は、第一センサがセンサ感知部５９を感知するか否かにかかわらず、センサ感知部５９を感知しなくなったときにこのロボットはギヤシャフトの組立てを検知して、ギヤシャフト組立て工程は終了する。
【００５５】
（７）このロボットが上記ギヤをアンクランプし、次いで、組立てアクチュエータ４３を、シャフト固定部４２の中心位置Ｃを軸に水平方向に一定角度回転させることもできる。この動作で、両スプライン部が嵌合したときは、上述のロッド５２は上記ロボットハンド５の基台５１に対して相対的に下降する。よって、第一センサは、センサ感知部を感知しないため、このロボットはギヤシャフトの組み立てを検知して、ギヤシャフト組立て工程は終了する。
上記動作でギヤシャフトの組立てが完了しない場合は、次いで、ロボットハンド５を下方向に所定位置だけ移動させ、その後、上記第二センサ５７がこのセンサ感知部５９を感知したときに、このロボットハンド５を上記ブラケットが備える円形孔の平面中心点を軸として水平方向に回転させることもできる。
更に、上記組立てアクチュエータ４３を回転させると、同時にロボットハンド５を下方に所定位置だけ移動させ、次いで、上記第二センサ５７がこのセンサ感知部５９を感知したときに、このロボットハンド５を上記ブラケットが備える円形孔の平面中心点を軸として水平方向に回転させることもできる。
【００５６】
（８）上記工程で組立てが完了しない場合は、上記組立てアクチュエータ４３を初期の位置に水平回転複動させる。このアクチュエータの駆動源が空気である場合には、下記のように行うことができる。上記組立てアクチュエータ４３の回転方向が上記ロボットハンドと反対方向の場合は上記組立てアクチュエータ４３のバルブを閉じて、空気の逃がしバルブを開く。従って、上記組立てアクチュエータ４３は無拘束になり、上記ブラケットの回転に伴って、初期の位置に回転複動する。また、他の方法は切替えバルブを用いて初期の位置に回転複動することもできる。更に、上記組立てアクチュエータ４３の回転方向が上記ロボットハンドと同一方向の場合は、切替えバルブを用いて初期の位置に回転複動させる。この回転複動はどの時点で行ってもよい。この複動工程でギヤとシャフトが嵌合した場合は、第二センサ５７はセンサ感知部５９を感知しないため、ロボットはギヤシャフトが組立てを完了したことを検知し、ギヤシャフト組立て工程は終了する。
【００５７】
（９）上記工程で、ギヤシャフト組立てが完了しない場合は、回転前の初期位置に戻った上記組立てアクチュエータを再度一定角度水平回転させることができる。この回転でギヤシャフト組立てが完了しない場合は、この組立てアクチュエータの水平回転往復動を何度でも繰り返すことができる。通常は３回で終了させる。３回の往復動でギヤシャフトの組立てが完了しない場合は、ギヤ及び／又はシャフトに何らかの異常があると考えられるからである。
【００５８】
他の本願発明であるギヤシャフト組立て方法は、上記組立てアクチュエータ４３を同一のロボットコントローラで第７軸として制御する同時７軸制御ロボット仕様としたものを用いる。上記組立てアクチュエータ４３の動作を教示又はプログラムによりフレキシブルにできるため、両スプライン部の嵌合がよりスムーズにできる。即ち、このアクチュエータの水平回転速度を自在に調整できるし、又、回転角度を任意に割り出すこともできる。
また、上記各工程の間に、ギヤシャフト組立て台の第二シャフト固定部４５で、シャフトを固定する工程を挿入することもできる。この方法によれば、シャフトが長くて、組立て台のシャフト固定部４２だけでは、確実な固定が困難な場合に有効である。
【実施例】
【００５９】
本願発明の実施例を下記に示す。使用したロボット、シャフト及びギヤは下記のとおりである。
（１） 使用ロボット：多関節６軸ロボット
（２） シャフト：雄スプライン部を５箇所に備えるシャフト
第１スプライン部：径４０．７ｍｍ（スプライン部を除いたシャフト径３８．０ｍｍ）
第２スプライン部：径３８．０ｍｍ（スプライン部を除いたシャフト径３５．０ｍｍ）
第３スプライン部：径３８．０ｍｍ（スプライン部を除いたシャフト径３５．０ｍｍ） 
第４スプライン部：径３８．０ｍｍ（スプライン部を除いたシャフト径３５．０ｍｍ）
第５スプライン部：径３７．５ｍｍ（スプライン部を除いたシャフト径３５．０ｍｍ）
（３） ギヤ：５個
第１ギヤのギヤ孔：径３８．６ｍｍ（この孔に雌スプライン部がとりつけてある）
第２ギヤのギヤ孔：径３５．８ｍｍ（この孔に雌スプライン部がとりつけてある）
第３ギヤのギヤ孔：径３６．０ｍｍ（この孔に雌スプライン部がとりつけてある）
第４ギヤのギヤ孔：径３６．０ｍｍ（この孔に雌スプライン部がとりつけてある）
第５ギヤのギヤ孔：径３５．９ｍｍ（この孔に雌スプライン部がとりつけてある）
【００６０】
他の仕様は下記のとおりである。
ブラケット及びブラケット押圧部の材質：アルミウム
第一センサ及び第二センサ：磁石近接スイッチ
第一爪形状：Ｖヤゲン形状の切込みを入れて４点でギヤを把持
【００６１】
１本のシャフトには、上記第１スプライン部から第５スプライン部が順に取付けられている。この第１スプライン部に上記第１ギヤを、この第２スプライン部に上記第２ギヤを、この第３スプライン部に上記第３ギヤを、この第４スプライン部に上記第４ギヤを、この第５スプライン部に上記第５ギヤを、順次組立てていき、５個のギヤが全てシャフトに組立てられたときに組立ては完了した。上記シャフト及びギヤは、通常の乗用自動車に使用されるトランスミッションに用いられるものであって、このシャフト及びギヤのスプライン部には、通常の面取り加工がしてある。シャフト１６０本、ギヤ８００個を用いて図１６の動作図にしたがってギヤシャフトの組立てを行った。
【００６２】
結果は下記の表のとおりである。Ｅ工程を３回繰り返しても組立てが完了しないものは、組立て不能とした。本実施例ではシャフト１６０本は全て組立てが完成した。
また、１本のシャフトの組立て時間は平均５０秒であった。この結果，Ｂ工程及びＣ工程でほとんどのギヤとシャフトが嵌合していることが分かる。１本のシャフトの組立て完了時間は平均５０秒であり、人間により行う場合に比較して同等又はそれ以上の能率であることが分かる。
【００６３】
【表１】
2009113167.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るロボットハンドの正面図である。
【図２】本発明に係るロボットハンドの側面図である。
【図３】本発明に係るロボットハンドの平面図である。
【図４】本発明に係るロボットハンドの底面図である。
【図５】ギヤを把持するときの模式説明図である。
【図６】ギヤをアンクランプするときの模式正面説明図である。
【図７】ギヤをアンクランプするときの模式側面説明図である。
【図８】ハンドを回転させるときの模式説明図である。
【図９】本発明に係るギヤシャフト組立て台の正面図である。
【図１０】本発明に係るギヤシャフト組立て台の平面図である。
【図１１】本発明に係る第二シャフト固定部を有するギヤシャフト組立て台の正面図である。
【図１２】本発明に係る第二シャフト固定部の爪を開いた状態の平面図である。
【図１３】本発明に係るギヤシャフトの分解説明図である。
【図１４】本発明に係るギヤ及びシャフトのスプライン部に面取りが無い場合の嵌合説明図である。
【図１５】本発明に係るギヤ及びシャフトのスプライン部に面取りがある場合の嵌合説明図である。
【図１６】実施例の動作図である。
【符号の説明】
【００６５】
１．ギヤシャフト、２．シャフト、２ａ．雄スプライン部、３．ギヤ、３ａ．雌スプライン部、４．組立て台、４１．チャック、４２．シャフト固定部、４３．組立てアクチュエータ、４５．第二シャフト固定部、５．ロボットハンド、５２．ロッド、５２ａ．ばね、５３．ブラケット、  ５３ａ．ギヤ押圧部、５４．第一把持爪、５５．第二把持爪、５６．第一センサ、５７．第二センサ  
【図１】
2009113167.tif 000004
【図２】
2009113167.tif 000005
【図３】
2009113167.tif 000006
【図４】
2009113167.tif 000007
【図５】
2009113167.tif 000008
【図６】
2009113167.tif 000009
【図７】
2009113167.tif 000010
【図８】
2009113167.tif 000011
【図９】
2009113167.tif 000012
【図１０】
2009113167.tif 000013
【図１１】
2009113167.tif 000014
【図１２】
2009113167.tif 000015
【図１３】
2009113167.tif 000016
【図１４】
2009113167.tif 000017
【図１５】
2009113167.tif 000018
【図１６】
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