(57)【要約】【課題】強度が弱い部材を破損させることなく、かつ、変形させることなく他の部材へ適切に組付けする自動組立装置を提供する。【解決手段】本発明に係る自動組立装置１０は、スカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂによって強度が弱いベゼル１１を把持してバックライトユニット１２へ自動的に組付けする。自動組立装置１０は、ハンド４ａａ，４ｂｂにおける把持力が所望の値となるように制御する内力管理制御と、ベゼル１１とバックライトユニット１２との接触により生じる力を用いてベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めを行う外力管理制御とを行い、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ組付けする。上記内力管理制御により、強度が弱い部材であっても把持力を最適化してその破損や変形などを防いで適切に組付けすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材を把持する把持部を有した組立手段を備え、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立装置であって、
上記組立手段は、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴とする自動組立装置。
【請求項２】
上記第２管理制御は、上記第１部材の任意の部分を上記第２部材の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させ、この接触により生じる力を用いて上記第１部材を上記第２部材へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、上記第１部材および上記第２部材において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行うことを特徴とする請求項１に記載の自動組立装置。
【請求項３】
上記把持部は上記把持部に印加される力を検出する力検出手段を備え、
上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果と上記所望の値とを比較することにより上記把持部の上記第１部材に対する位置を補正するための把持部位置補正量を算出し、当該把持部位置補正量に基づき上記把持部の位置を補正することにより上記把持力を調整して上記第１管理制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の自動組立装置。
【請求項４】
上記組立手段は、上記力検出手段による上記接触により生じる力および上記モーメントの検出結果と上記対応部分を探すために予め定められている目標値とを比較することにより上記第１部材の上記第２部材に対する位置を補正する第１部材位置補正量を算出し、当該第１部材位置補正量に基づき上記第１部材の位置を補正することにより上記位置決めを行い上記第２管理制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の自動組立装置。
【請求項５】
上記自動組立装置は、上記第１部材および上記第２部材の上記組立手段に対する概略位置と上記第１部材および上記第２部材の姿勢とを検出する部材状態検出手段をさらに備え、
上記組立手段は、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき上記組付けを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動組立装置。
【請求項６】
上記組立手段は、上記第２管理制御を適切に行えるように、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき、上記第１部材の位置および姿勢を上記第２部材に合わせて予め調整する状態調整制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の自動組立装置。
【請求項７】
上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果から上記第２管理制御終了後に上記第１部材が上記第２部材へ適切に組付けされていないことを検出した場合に、新たな上記目標値を設定して上記組付けを補正する補正制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の自動組立装置。
【請求項８】
上記第１部材および上記第２部材には、他の物体との接触が禁止されている接触禁止領域が設けられており、上記把持部による把持および上記第１部材と上記第２部材との接触は、上記接触禁止領域以外の領域で行われることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の自動組立装置。
【請求項９】
上記組立手段は、複数のアームを有し、当該アームの自由端の先端に上記把持部となるハンドが設けられたロボットで構成され、当該ロボットは上記ハンドによって上記第１部材を両側から挟みこんで把持することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動組立装置。
【請求項１０】
上記第１部材および上記第２部材は、部材を搬送する部材搬送手段によって当該部材搬送手段上において任意の位置および姿勢で、かつ、交互に搬送され、
上記組立手段は、上記部材搬送手段による上記第１部材および上記第２部材の搬送時に組付けを行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動組立装置。
【請求項１１】
上記部材搬送手段は、上記第１部材および上記第２部材を搭載する搭載面を有し、当該搭載面が任意の位置から他の任意の位置へ移動することによって上記第１部材および上記第２部材を搬送するものであり、
上記組立手段は、上記第２管理制御において上記第１部材によって上記第２部材へ印加する力を、上記第２部材と上記搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように制御する摩擦力制御を行うことを特徴とする請求項１０に記載の自動組立装置。
【請求項１２】
上記第１部材は枠体であり、上記第２部材は枠体である第１部材と同様な形状であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自動組立装置。
【請求項１３】
上記第１部材は、平面表示パネルを用いた表示装置に用いられるベゼルもしくは外装部材であり、上記第２部材は上記表示装置に用いられるバックライトユニットもしくはパネルモジュールであることを特徴とする請求項１２に記載の自動組立装置。
【請求項１４】
平面表示パネルを用いた表示装置であって、
請求項１３に記載の自動組立装置によって、ベゼルが組付けされたバックライトユニット、外装部材が組付けされたパネルモジュール、もしくはその双方を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
部材を把持する把持部を有した組立手段を用い、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立方法であって、
上記組立手段により、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴とする自動組立方法。
【請求項１６】
上記第２管理制御は、上記第１部材の任意の部分を上記第２部材の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させ、この接触により生じる力を用いて上記第１部材を上記第２部材へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、上記第１部材および上記第２部材において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行うことを特徴とする請求項１５に記載の自動組立方法。
【請求項１７】
上記把持部は上記把持部に印加される力を検出する力検出手段を備え、
上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果と上記所望の値とを比較することにより上記把持部の上記第１部材に対する位置を補正するための把持部位置補正量を算出し、当該把持部位置補正量に基づき上記把持部の位置を補正することにより上記把持力を調整して上記第１管理制御を行うことを特徴とする請求項１６に記載の自動組立方法。
【請求項１８】
上記組立手段は、上記力検出手段による上記接触により生じる力および上記モーメントの検出結果と上記対応部分を探すために予め定められている目標値とを比較することにより上記第１部材の上記第２部材に対する位置を補正する第１部材位置補正量を算出し、当該第１部材位置補正量に基づき上記第１部材の位置を補正することにより上記位置決めを行い上記第２管理制御を行うことを特徴とする請求項１７に記載の自動組立方法。
【請求項１９】
上記第１部材および上記第２部材の上記組立手段に対する概略位置と上記第１部材および上記第２部材の姿勢とを検出する部材状態検出手段をさらに用い、
上記組立手段は、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき上記組付けを行うことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の自動組立方法。
【請求項２０】
上記組立手段は、上記第２管理制御を適切に行えるように、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき、上記第１部材の位置および姿勢を上記第２部材に合わせて予め調整する状態調整制御を行うことを特徴とする請求項１９に記載の自動組立方法。
【請求項２１】
上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果から上記第２管理制御終了後に上記第１部材が上記第２部材へ適切に組付けされていないことを検出した場合に、新たな上記目標値を設定して上記組付けを補正する補正制御を行うことを特徴とする請求項２０に記載の自動組立方法。
【請求項２２】
上記第１部材および上記第２部材には、他の物体との接触が禁止されている接触禁止領域が設けられており、上記把持部による把持および上記第１部材と上記第２部材との接触は、上記接触禁止領域以外の領域で行われることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の自動組立方法。
【請求項２３】
上記組立手段は、複数のアームを有し、当該アームの自由端の先端に上記把持部となるハンドが設けられたロボットで構成され、当該ロボットは上記ハンドによって上記第１部材を両側から挟みこんで把持することを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の自動組立方法。
【請求項２４】
上記第１部材および上記第２部材は、部材を搬送する部材搬送手段によって当該部材搬送手段上において任意の位置および姿勢で、かつ、交互に搬送され、
上記組立手段は、上記部材搬送手段による上記第１部材および上記第２部材の搬送時に組付けを行うことを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の自動組立方法。
【請求項２５】
上記部材搬送手段は、上記第１部材および上記第２部材を搭載する搭載面を有し、当該搭載面が任意の位置から他の任意の位置へ移動することによって上記第１部材および上記第２部材を搬送するものであり、
上記組立手段は、上記第２管理制御において上記第１部材によって上記第２部材へ印加する力を、上記第２部材と上記搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように制御する摩擦力制御を行うことを特徴とする請求項２４に記載の自動組立方法。
【請求項２６】
上記第１部材は枠体であり、上記第２部材は枠体である第１部材と同様な形状であることを特徴とする請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の自動組立方法。
【請求項２７】
上記第１部材は、平面表示パネルを用いた表示装置に用いられるベゼルもしくは外装部材であり、上記第２部材は上記表示装置に用いられるバックライトユニットもしくはパネルモジュールであることを特徴とする請求項２６に記載の自動組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある部材を他の部材に自動的に組付けする自動組立装置に関するものであり、特に、強度が弱く、かつ、複雑な形状の部材を予め部材の位置決めを行うことなく他の部材へ適切に組付けする自動組立装置、自動組立方法、ならびに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器製品はその製造工程の後半部分を組立工程が占めている。組立工程はその大部分を人手による作業に頼っているのが現状であり、特に液晶テレビジョンをはじめとする平面表示パネルを用いたテレビジョンの組立工程においてはその大型化により人手による作業が徐々に困難になる傾向があるにもかかわらず、自動化が進んでいない。今後国内外において想定される労働力不足に対応するためにも組立工程の自動化は望まれている。
【０００３】
組立工程における組付け作業は、複雑な形状の部材同士の位置決めを行いながら組付けすることが必要となるため、部材に対する複雑な操作が必要となる場合がある。また、一般消費者向け電気機器製品（特にテレビジョン）は、消費者の需要に応じて頻繁に機種変更が行われる。そのため、組立工程の自動化は、単純な自動組付け装置で対応することは不可能であり、それゆえロボットを利用した自動組立装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
現在提案されている組立ロボットは、従来の産業用ロボットと同じく手先位置教示での位置制御によるものが多い。しかしながら、電気製品の外装あるいは強度部材として多用されるプラスチック成形品等は加工精度が低いことが多く、単純な位置制御による組立作業は安定して動かないことが多い。位置制御において画像処理を用いて目標位置を修正することも可能であるが、画像処理のために部材を一時停止させる必要がある上、画像処理が環境の影響によって必ずしも高精度に行えない。また、キャリブレーションや教示等生産現場での負担が重くなる傾向がある。
【０００５】
そこで、部材の位置決めを画像処理によって行うのではなく、例えば力覚センサによって行う技術が提案されており、特に自動車の動力伝達系の組付けにおいてよく利用されている。例えば特許文献２に記載されている技術は、略角柱形の部材を同じく略角柱形の嵌合穴の開いた他の部材に嵌合するためのものであり、当該文献におけるロボット装置は、その先端に取り付けてあるチャック機構によって固定した略角柱形の部材に対する他の部材によって発生する力を計測し、その計測結果に基づいて軸心および位相のずれ量を推定する。そして、その推定したずれ量を補正するようにチャック機構を相対移動させて、嵌合可能な部材同士の位置関係を実現するものである。
【特許文献１】特開平７−１２５８２８号公報（１９９５年５月１６日公開）
【特許文献２】特開平７−２４１７３３号公報（１９９５年９月１９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の力制御に基づく組立技術においては、組立ロボットのハンドによって固定する部材はそのハンドに厳密に固定される必要があり、また、部材に対するハンドの締めつけ力についての管理は行われていなかった。
【０００７】
ここで、例えば平面表示パネルを用いたテレビジョンの前面におけるベゼル部材や外装用部材は、枠体であって強度が不十分なものが多い。このような部材に対して上記従来の技術を適用すると、すなわちロボットハンドで締めつけ力を考慮せず厳密な固定を行うと、部材の破損を生じる可能性が高く、また、部材が変形して組付けに不整合が起こる場合があるという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、強度が弱い部材を破損させることなく、かつ、変形させることなく他の部材へ適切に組付けする自動組立装置、自動組立方法、ならびに表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る自動組立装置は、上記課題を解決するために、部材を把持する把持部を有した組立手段を備え、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立装置であって、上記組立手段は、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る自動組立方法は、上記課題を解決するために、部材を把持する把持部を有した組立手段を用い、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立方法であって、上記組立手段により、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成および方法によれば、強度が弱い第１部材を把持する把持部の把持力が所望の値となるように制御しつつ部材の組付けを行う。このため、強度が弱い部材であっても把持力を最適化してその破損や変形などを防いで適切に組付けすることができる。以上により、上記自動組立装置および上記自動組立方法は、強度が弱い部材を破損させることなく、かつ、変形させることなく他の部材へ適切に組付けする自動組立装置および自動組立方法を提供することができるという効果を奏する。
【００１２】
本発明に係る自動組立装置は、上記第２管理制御は、上記第１部材の任意の部分を上記第２部材の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させ、この接触により生じる力を用いて上記第１部材を上記第２部材へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、上記第１部材および上記第２部材において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行うことが好ましい。
【００１３】
本発明に係る自動組立方法は、上記第２管理制御は、上記第１部材の任意の部分を上記第２部材の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させ、この接触により生じる力を用いて上記第１部材を上記第２部材へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、上記第１部材および上記第２部材において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行うことが好ましい。
【００１４】
例えば特許文献２に開示されている技術（以下「従来技術」と称する）においては、想定されていた部材の形状が略正角柱あるいは略円柱のような単純な形状のものであった。これに対し、組付けする部材を例えば平面表示パネルを用いたテレビジョンの前面におけるベゼル部材や外装用部材とすると、これらの部材の形状は上記従来技術において想定されていた部材の形状と比較して複雑な形状であり、また、これらの部材が組付けされる部材（ベゼル部材の場合はバックライトユニット、外装部材の場合はパネルモジュールなど）も複雑な形状であるため、厳密な位置決めが必要であって、上記従来技術のような単純な手順によってその位置決めを達成することは不可能であった。
【００１５】
これに対し、上記の構成および方法では、対応部分を最低２箇所探すことにより位置決めを行うため、以上のような厳密な位置決めが必要となる複雑な形状の部材にも十分に対応可能であり、それでいてその位置決めを迅速に行うことができる。
【００１６】
また、以上のような部材の位置決めは、人が日常生活で行っている部材の位置決め作業に類似しているため、例えば組立手段をロボットで構成した場合にそのロボットの動作指定を直感的に行えるという利点がある。
【００１７】
また、以上のように第１部材と第２部材との接触により生じる力およびモーメントを用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行うため、予め部材同士の位置決めを行う必要がない。このため、位置決めジグや位置決め用装置などの位置決め機構を省略でき、自動組立装置の小型化および作業時間の短縮、ひいてはコスト削減が可能となる。
【００１８】
本発明に係る自動組立装置は、上記把持部は上記把持部に印加される力を検出する力検出手段を備え、上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果と上記所望の値とを比較することにより上記把持部の上記第１部材に対する位置を補正するための把持部位置補正量を算出し、当該把持部位置補正量に基づき上記把持部の位置を補正することにより上記把持力を調整して上記第１管理制御を行うことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る自動組立方法は、上記把持部は上記把持部に印加される力を検出する力検出手段を備え、上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果と上記所望の値とを比較することにより上記把持部の上記第１部材に対する位置を補正するための把持部位置補正量を算出し、当該把持部位置補正量に基づき上記把持部の位置を補正することにより上記把持力を調整して上記第１管理制御を行うことが好ましい。
【００２０】
本発明に係る自動組立装置は、上記組立手段は、上記力検出手段による上記接触により生じる力および上記モーメントの検出結果と上記対応部分を探すために予め定められている目標値とを比較することにより上記第１部材の上記第２部材に対する位置を補正する第１部材位置補正量を算出し、当該第１部材位置補正量に基づき上記第１部材の位置を補正することにより上記位置決めを行い上記第２管理制御を行うことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る自動組立方法は、上記組立手段は、上記力検出手段による上記接触により生じる力および上記モーメントの検出結果と上記対応部分を探すために予め定められている目標値とを比較することにより上記第１部材の上記第２部材に対する位置を補正する第１部材位置補正量を算出し、当該第１部材位置補正量に基づき上記第１部材の位置を補正することにより上記位置決めを行い上記第２管理制御を行うことが好ましい。
【００２２】
本発明に係る自動組立装置は、上記第１部材および上記第２部材の上記組立手段に対する概略位置および上記第１部材および上記第２部材の姿勢を検出する部材状態検出手段をさらに備え、上記組立手段は、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき上記組付けを行うことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る自動組立方法は、上記第１部材および上記第２部材の上記組立手段に対する概略位置と上記第１部材および上記第２部材の姿勢とを検出する部材状態検出手段をさらに用い、上記組立手段は、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき上記組付けを行うことが好ましい。
【００２４】
上記従来技術においては、組立ロボットが部材をハンドによって固定する際に部材の位置を認識している必要があるため、部材同士の厳密な位置決めは必要ないものの、部材の初期位置の位置決めが予め行われていた。
【００２５】
これに対し、上記の構成および方法では、部材状態検出手段によって上記第１部材および上記第２部材の上記組立手段に対する概略位置などを検出するため、部材の初期位置の位置決めが必要ない。このため、位置決めジグや位置決め用装置などの位置決め機構を省略でき、自動組立装置の小型化および作業時間の短縮、ひいてはコスト削減が可能となる。
【００２６】
上記部材状態検出手段は、上記第１部材および上記第２部材の一部の領域を撮像する撮像装置と、当該撮像装置によって撮像された画像を解析して上記概略位置などを検出する解析装置などで構成すればよい。ここで、本発明では上述のように上記第１部材と上記第２部材との接触により生じる力などを用いて位置決めを行っているため、上記概略位置などの検出にはさほど精度が要求されない。それゆえ、自動組立装置のさらなるコスト削減が可能となる。
【００２７】
本発明に係る自動組立装置は、上記組立手段は、上記第２管理制御を適切に行えるように、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき、上記第１部材の位置および姿勢を上記第２部材に合わせて予め調整する状態調整制御を行うことが好ましい。
【００２８】
本発明に係る自動組立方法は、上記組立手段は、上記第２管理制御を適切に行えるように、上記部材状態検出手段の検出結果に基づき、上記第１部材の位置および姿勢を上記第２部材に合わせて予め調整する状態調整制御を行うことが好ましい。
【００２９】
上記の構成および方法によれば、上記第１部材の位置および姿勢を上記第２部材に合わせて予め調整するため、上記第２管理制御が適切に行え、組付け精度を向上させることができる。
【００３０】
本発明に係る自動組立装置は、上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果から上記第２管理制御終了後に上記第１部材が上記第２部材へ適切に組付けされていないことを検出した場合に、新たな上記目標値を設定して上記組付けを補正する補正制御を行うことが好ましい。
【００３１】
本発明に係る自動組立方法は、上記組立手段は、上記力検出手段の検出結果から上記第２管理制御終了後に上記第１部材が上記第２部材へ適切に組付けされていないことを検出した場合に、新たな上記目標値を設定して上記組付けを補正する補正制御を行うことが好ましい。
【００３２】
上記の構成および方法によれば、組付け不良が生じた場合にそれを検出して補正することができるため、組付け精度を向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る自動組立装置は、上記第１部材および上記第２部材には、他の物体との接触が禁止されている接触禁止領域が設けられており、上記把持部による把持および上記第１部材と上記第２部材との接触は、上記接触禁止領域以外の領域で行われることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る自動組立方法は、上記第１部材および上記第２部材には、他の物体との接触が禁止されている接触禁止領域が設けられており、上記把持部による把持および上記第１部材と上記第２部材との接触は、上記接触禁止領域以外の領域で行われることが好ましい。
【００３５】
上記の構成および方法によれば、上記第１部材が例えば製品の外装部材などである場合に、接触禁止領域を上記外装部材の外側から目視可能な部分に設定することで、当該目視可能な部分に上記把持部による把持などによって傷などが付いてしまうことを防ぎ、その製品を不良品としてしまう、もしくは商品価値を下げてしまうことを防ぐことができる。
【００３６】
本発明に係る自動組立装置は、上記組立手段は、複数のアームを有し、当該アームの自由端の先端に上記把持部となるハンドが設けられたロボットで構成され、当該ロボットは上記ハンドによって上記第１部材を両側から挟みこんで把持することが好ましい。
【００３７】
本発明に係る自動組立方法は、上記組立手段は、複数のアームを有し、当該アームの自由端の先端に上記把持部となるハンドが設けられたロボットで構成され、当該ロボットは上記ハンドによって上記第１部材を両側から挟みこんで把持することが好ましい。
【００３８】
上記の構成および方法によれば、複数のアームを有したロボットによって上記第１部材を両側から挟みこんで把持するために、上記第１部材が複雑な形状であっても対応可能である。また、上記ロボットが複数のアームを有している構造であるため、ロボットの小型化、ひいてはコスト削減が可能である。
【００３９】
本発明に係る自動組立装置は、上記第１部材および上記第２部材は、部材を搬送する部材搬送手段によって当該部材搬送手段上において任意の位置および姿勢で、かつ、交互に搬送され、上記組立手段は、上記部材搬送手段による上記第１部材および上記第２部材の搬送時に組付けを行うことが好ましい。
【００４０】
本発明に係る自動組立方法は、上記第１部材および上記第２部材は、部材を搬送する部材搬送手段によって当該部材搬送手段上において任意の位置および姿勢で、かつ、交互に搬送され、上記組立手段は、上記部材搬送手段による上記第１部材および上記第２部材の搬送時に組付けを行うことが好ましい。
【００４１】
上述のような組付け手法によって、上記組立手段が上記部材搬送手段による上記第１部材および上記第２部材の搬送時に組付けを行うことができる。このため、部材の供給と組付けが終了した部材の搬送とを共通化でき、それゆえ工場における搬送系統の簡略化が可能となる。
【００４２】
本発明に係る自動組立装置は、上記部材搬送手段は、上記第１部材および上記第２部材を搭載する搭載面を有し、当該搭載面が任意の位置から他の任意の位置へ移動することによって上記第１部材および上記第２部材を搬送するものであり、上記組立手段は、上記第２管理制御において上記第１部材によって上記第２部材へ印加する力を、上記第２部材と上記搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように制御する摩擦力制御を行うことが好ましい。
【００４３】
本発明に係る自動組立方法は、上記部材搬送手段は、上記第１部材および上記第２部材を搭載する搭載面を有し、当該搭載面が任意の位置から他の任意の位置へ移動することによって上記第１部材および上記第２部材を搬送するものであり、上記組立手段は、上記第２管理制御において上記第１部材によって上記第２部材へ印加する力を、上記第２部材と上記搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように制御する摩擦力制御を行うことが好ましい。
【００４４】
上記の構成および方法によれば、上記第２管理制御において上記第１部材によって上記第２部材へ印加する力を、上記第２部材と上記搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように制御する摩擦力制御を行うために、上記搭載面との摩擦によって上記第２部材に傷が付くことを防ぐことができる。
【００４５】
また、上記の構成および方法によれば、摩擦力制御を行うために、上記搭載面と上記第２部材との相対移動を抑制することができるようになるので、部材の位置ズレを防いで上記第２部材同士の間隔を一定に保つことができるようになる。
【００４６】
本発明に係る自動組立装置は、上記第１部材は枠体であり、上記第２部材は枠体である第１部材と同様な形状であることが好ましい。また、本発明に係る自動組立方法は、上記第１部材は枠体であり、上記第２部材は枠体である第１部材と同様な形状であることが好ましい。
【００４７】
本発明に係る自動組立装置は、上記第１部材は、平面表示パネルを用いた表示装置に用いられるベゼルもしくは外装部材であり、上記第２部材は上記表示装置に用いられるバックライトユニットもしくはパネルモジュールであることが好ましい。また、本発明に係る自動組立方法は、上記第１部材は、平面表示パネルを用いた表示装置に用いられるベゼルもしくは外装部材であり、上記第２部材は上記表示装置に用いられるバックライトユニットもしくはパネルモジュールであることが好ましい。
【００４８】
本発明に係る表示装置は、平面表示パネルを用いた表示装置であって、上記自動組立装置によって、ベゼルが組付けされたバックライトユニット、外装部材が組付けされたパネルモジュール、もしくはその双方を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４９】
本発明に係る自動組立装置は、部材を把持する把持部を有した組立手段を備え、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立装置であって、上記組立手段は、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴としている。
【００５０】
また、本発明に係る自動組立方法は、部材を把持する把持部を有した組立手段を用い、当該組立手段の把持部によって強度が弱い第１部材を把持して第２部材へ自動的に組付けする自動組立方法であって、上記組立手段により、上記把持部における把持力が所望の値となるように制御する第１管理制御と、少なくとも上記第１部材と上記第２部材との相互作用により生じる力を用いて上記第１部材と上記第２部材との位置決めを行う第２管理制御とを行い、上記第１部材を上記第２部材へ組付けすることを特徴とことを特徴としている。
【００５１】
上記の構成および方法によれば、強度が弱い第１部材を把持する把持部の把持力が所望の値となるように制御しつつ部材の組付けを行う。このため、強度が弱い部材であっても把持力を最適化してその破損や変形などを防いで適切に組付けすることができる。
【００５２】
また、本発明に係る表示装置は、平面表示パネルを用いた表示装置であって、上記自動組立装置もしくは上記自動組立方法によって、ベゼルが組付けされたバックライトユニット、外装部材が組付けされたパネルモジュール、もしくはその双方を備えていることを特徴としている。
【００５３】
以上により、強度が弱い部材を破損させることなく、かつ、変形させることなく他の部材へ適切に組付けする自動組立装置、自動組立方法、ならびに表示装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明すると以下の通りである。
【００５５】
本発明に係る自動組立装置は、電気機器などの製品の製造工程において強度が弱く、かつ、複雑な形状を有する部材を予め部材の位置決めを行うことなく他の部材へ適切に自動的に組付けするものであり、特に液晶テレビジョンなどの平面表示パネルを用いたテレビジョンの製造工程において好適に用いられるものである。本実施形態では、本実施形態に係る自動組立装置が液晶テレビジョンの製造工程においてベゼルをバックライトユニットに組付けするものとして説明を行う。なお、液晶テレビジョンの製造工程においては本実施形態のような適用例に限らず、例えば外装部材のパネルモジュールへの組付けにも適用可能である。
【００５６】
（自動組立装置の構成）
図１（ａ）は本実施形態に係る自動組立装置１０の概略構造を示しており、図１（ｂ）は自動組立装置１０に備えられているスカラロボット４のハンド４ａａ（４ｂｂ）の概略構造を示している。また、図２は自動組立装置１０のシステムの概略構成を示している。
【００５７】
なお、本明細書においては以下のように座標系（以下「基準座標系」と称する）を定義する。すなわち、図１（ａ）に示すように、自動組立装置１０に対し、その右側を「＋Ｘ軸（方向）」、その左側を「−Ｘ軸（方向）」、その奥側を「＋Ｙ軸（方向）」、その手前側を「−Ｙ軸（方向）」、その上側を「＋Ｚ軸（方向）」、その下側を「−Ｚ軸（方向）」と定義する。ここで、この基準座標系の原点は自動組立装置１０の基台１の中心とする。また、この座標系を例えばベゼル１１に適用する場合は、その原点をベゼル１１の中心とする。
【００５８】
また、本明細書においては、「＋Ｘ軸（方向）」、「−Ｘ軸（方向）」、「＋Ｙ軸（方向）」、「−Ｙ軸（方向）」、「＋Ｚ軸（方向）」、「−Ｚ軸（方向）」を、それぞれ「右（方向）」、「左（方向）」、「前（方向）」、「後（方向）」、「上方」、「下方」とも称する。また、Ｚ軸周りの回転角をθ、Ｘ軸周りの回転角をΦとし、その原点はそれぞれ＋Ｙ軸とする。
【００５９】
自動組立装置１０は、図１（ａ）もしくは図２に示すように、基台１と、カメラ（撮像装置）２と、遮蔽センサ３と、スカラロボット４と、制御装置８とを備えている。自動組立装置１０には、コンベヤ（部材搬送手段）１５によってベゼル（第１部材）１１およびバックライトユニット（第２部材）１２が供給される。なお、本発明に係る自動組立装置における組立手段はスカラロボット４および制御装置８によって構成され、部材状態検出手段はカメラ２および制御装置８によって構成される。
【００６０】
ベゼル１１は、液晶テレビジョンに用いられる一般的なベゼルであり、図１（ａ）に示すように長方形状の枠体であって強度が弱い。バックライトユニット１２は、液晶テレビジョンに用いられる一般的なバックライトユニットの構造を有している。その形状はベゼル１１と同様な長方形状であり、そのサイズはベゼル１１をその上に嵌合するためにベゼル１１のサイズより一回りほど小さい。
【００６１】
コンベヤ１５は、モータ、スプロケット、チェン等（不図示）を備えた一般的なコンベヤであって、ベゼル１１およびバックライトユニット１２をほぼ一定の速度で、かつ、前方向から後方向へ搬送する。このとき、ベゼル１１およびバックライトユニット１２は、コンベヤ１５のそれらの搭載面において任意の位置および姿勢で、かつ、交互に（ベゼル１１の後にバックライトユニット１２を流してそれらを１セットとして）搬送される。
【００６２】
自動組立装置１０は、スカラロボット４のアーム４ａ，４ｂにおけるハンド（把持部）４ａａ，４ｂｂによってコンベヤ１５上におけるベゼル１１の短辺側を挟み込んで把持して同じくコンベヤ１５上におけるバックライトユニット１２に組付けする、すなわち自動組立装置１０は、コンベヤ１５によるベゼル１１およびバックライトユニット１２の搬送時に組付けを行う。よって、コンベア１５は、ベゼル１１およびバックライトユニット１２を自動組立装置１０に供給するとともに、自動組立装置１０によってベゼル１１がその上に組付けされたバックライトユニット１２を搬送するものである。また、コンベア１５は、図１（ａ）に示すように、自動組立装置１０による上述のような組付けを可能とするように、そのような配置によってベゼル１１およびバックライトユニット１２を供給するとともに、アーム４ａ，４ｂの間にそれらと互いに交差するように配置される。
【００６３】
自動組立装置１０におけるカメラ２は、コンベヤ１５の上方に設けられており、コンベヤ１５によって供給されたベゼル１１およびバックライトユニット１２の一部の領域を撮像し、その撮像信号を制御装置８に供給する。カメラ２は、具体的には一般的なＣＣＤイメージセンサもしくはＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成すればよい。
【００６４】
遮蔽センサ３は、コンベヤ１５に設けられており、ベゼル１１の通過を検出し、その検出信号を制御装置８に供給する。遮蔽センサ３は、具体的には一般的なフォトインタラプタなどによって構成すればよい。
【００６５】
スカラロボット４は、上下方方向および前後方向に自在に動く２つのアーム４ａ，４ｂと、モータドライバ（不図示）を制御してアーム４ａ，４ｂの動作を制御するアーム制御回路６とを備えている。アーム４ａ，４ｂの自由端の先端には、Ｘ軸周りの動作が可能で、ベゼル１１の短辺側を挟み込んで把持するハンド４ａａ，４ｂｂがそれぞれ設けられている。アーム４ａ，４ｂは、ハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１を把持することが可能なように、コンベア１５を挟んで左右対称となるように設けられている。
【００６６】
ハンド４ａａは、図１（ｂ）に示すように、アーム４ａの先端に基材を介して２つの力覚センサ（力検出手段）５が設けられ、さらにこの力覚センサ５にさらなる基材を介してベゼル１１との接触部となる、かつ、衝撃吸収機能を有するゴム材が設けられている構造を有している。なお、ハンド４ａａには、Ｘ軸における回転を可能とする関節部分なども設けられているが、図１（ｂ）では省略している。ハンド４ｂｂについても同様な構造である。
【００６７】
力覚センサ５は、ハンド４ａａ，４ｂｂに印加された力を検出し、その検出信号を制御装置８に供給する。本実施形態では力覚センサ５を３軸力覚センサによって構成し、２つの力覚センサ５によって±Ｘ方向および±Ｙ方向の力とＺ方向のモーメントとを検出する。
【００６８】
スカラロボット４のアーム４ａ，４ｂの動作は、ハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１を把持してバックライトユニット１２に組付けするまでのベゼル移載モードと、当該ベゼル移載モードを行うためにハンド４ａａ，４ｂｂをその初期位置からベゼル１１を把持するための所望の位置まで移動させる、かつ、上記ベゼル移載モードが終了した後にベゼル１１の把持を終了してハンド４ａａ，４ｂｂを上記初期位置へと移動させるハンド移動モードと、これらベゼル移載モードとハンド移行モードとの間の過度的なモードであるベゼル移載移行モードとからなる。アーム制御回路６は、制御装置８からの制御信号に基づき、アーム４ａ，４ｂに対し上記各モードの動作を行わせる。
【００６９】
上記ベゼル移載モードでは、アーム４ａ，４ｂに対し協調制御が行われ、動作の軌道はベゼル１１の中心を基準として指定する。上記ハンド移動モードはアーム４ａ，４ｂに対して個別の軌道を設定する。上記ベゼル移載移行モードは上記ベゼル移載モードと同様にベゼル１１の中心で指定された目標位置をハンド４ａａ，４ｂｂの目標位置に変換してハンド移動モードとして個別の軌道を再設定する。なお、上記ハンド移動モードおよび上記ベゼル移載移行モードにおける制御方法は、一般的に知られているものであるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００７０】
本実施形態では、上記ベゼル移載モードにおいて、ハンド４ａａ，４ｂｂのベゼル１１の把持力（以下「内力」と称する）が所望の値となるように制御する内力管理制御（第１管理制御）と、ベゼル１１とバックライトユニット１２との相互作用により生じる力（以下「外力」と称する）を用いてベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めを行う外力管理制御（第２管理制御）とを行って、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ組付けする。なお、上記ハンド移動モードおよび上記ベゼル移載移行モードにおいては、上記内力管理制御のみが行われる。
【００７１】
ベゼル１１は、上述のように枠体であって強度が低いため、上記内力が大きすぎると破損してしまったり、また、変形してしまって組付け作業が適切に行えないという状態が発生する場合がある。上記内力管理制御は、この状態が発生することを回避するために、上記内力を上記所望の値となるように制御する。なお、本実施形態では、上記内力管理制御は、アーム４ｂにおいてのみ行う。しかしながらこの構成に限らず、上記内力管理制御をアーム４ａにおいてのみ行ってもよいし、アーム４ａ，４ｂにおいて行ってもよい。
【００７２】
上記内力管理制御は、ハンド４ｂｂにおける力覚センサ５によって検出した−Ｘ方向の力を用いて以下の式（１）のように積分処理を行ってハンド４ｂｂのＸ座標の補正量を算出する。そして、このＸ座標の補正量を用いて以下の式（２）および式（３）のようにアーム４ｂのＸ，Ｙ座標の補正量（把持部位置補正量）（以下、「内力管理制御補正量」と称する）を算出する。そして、この内力管理制御補正量をベゼル１１の中心の座標に適用することでアーム４ｂを制御し、ハンド４ｂｂのベゼル１１に対する位置を補正して上記内力を調整する。
【００７３】
【数１】
2009279678.tif 000003
【００７４】
【数２】
2009279678.tif 000004
【００７５】
ここで、式（１）におけるΔＨＸｉが時刻ｉにおけるハンド４ｂｂのＸ座標の補正量であり、ＧＩＸはＸ方向の積分ゲインであり、ＦＸｉは力覚センサ５によって検出した力の計測値であり、ＦＸｄｉは上記所望の値（以下「第１目標値」と称する）である。また、式（２）および式（３）におけるΔＢＸｉ，ΔＢＹｉがアーム４ｂのＸ，Ｙ座標の補正量であり、θｉはハンドにおける座標系が基準座標系になす角度である。
【００７６】
また、上記内力管理制御では、ハンド４ａａ，４ｂｂ双方に対して行う角度ならい制御も行っている。この角度ならい制御は、ハンド４ａａ，４ｂｂにおける力覚センサ５によって検出したＺ方向のモーメントを「０」に保つように以下の式（４）のように積分処理を行ってハンド４ａａ，４ｂｂの座標の補正量を算出する。そして、この座標の補正量をベゼル１１の中心の座標に適用することでハンド４ａａ，４ｂｂを制御し、ハンド４ａａ，４ｂｂのベゼル１１に対する角度を補正する。
【００７７】
【数３】
2009279678.tif 000005
【００７８】
ここで、式（４）におけるΔＨθｉが時刻ｉにおけるハンド４ａａ，４ｂｂの座標の補正量であり、ＧＩθは積分ゲインであり、ＭＺｉは力覚センサ５によって検出したＺ方向のモーメントの計測値である。
【００７９】
一方、上記外力管理制御は、上記ハンド移動モードおよび上記ベゼル移載移行モード終了後、ハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１を把持してベゼル１１の任意の部分をバックライトユニット１２の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させる。そして、この接触により生じる力（バックライトユニット１２からベゼル１１への反力）を上記外力として用いてベゼル１１をバックライトユニット１２へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、ベゼル１１およびバックライトユニット１２において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行う。
【００８０】
以上のような動作を可能とする具体的なスカラロボット４の制御方法は、ハンド４ａａ，４ｂｂにおける力覚センサ５によって検出した±Ｘ方向，±Ｙ方向の力とＺ方向のモーメントとを用いて以下の式（５）のように積分処理を行ってベゼル１１の座標の補正量（第１部材位置補正量）（以下、「外力管理制御補正量」と称する）を算出する。そして、この外力管理制御補正量をベゼル１１の中心の座標に適用することでアーム４ａ，４ｂを制御して、ベゼル１１のバックライトユニット１２に対する位置を補正する。なお、式（５）はベゼル１１のＸ座標の補正量のみを示しているが、Ｙ座標の補正量およびモーメントに関する座標の補正量も同様な方法によって算出でき、同様な処理によりベゼル１１の位置を補正する。
【００８１】
【数４】
2009279678.tif 000006
【００８２】
ここで、式（５）におけるΔＸｉが時刻ｉにおけるベゼル１１のＸ座標の補正量であり、ＧＩＸはＸ方向の積分ゲインであり、ＦＸｉは力覚センサ５によって検出した力の計測値であり、ＦＸｄｉは上記対応部分を探すための目標値（以下「第２目標値」と称する）である。
【００８３】
すなわち、上記外力管理制御は、上記目標値を切り替えてスカラロボット４を動作させることによりベゼル１１のバックライトユニット１２に対する位置を変更して上記対応部分を探すことで達成する。
【００８４】
なお、上記内力および上記外力は６軸方向に分離され、本実施形態における上記外力制御ではそのうちの４軸方向の力とモーメントとを用いて制御したが（組付け作業全体では、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ押し付ける際にも力制御を行っているため、５軸方向の力を用いている）、組立作業の内容に応じて適切な次元で力の検出および補正量の算出が行われる。
【００８５】
また、上記外力管理制御では、当該外力管理制御終了後にベゼル１１がバックライトユニット１２へ適切に組付けされていないことを検出した場合に、制御装置８からの制御信号に基づき組付けを補正する補正制御（いわゆるリカバリー動作）を行う。詳細は後述する。また、上記外力管理制御では、当該外力管理制御においてベゼル１１によってバックライトユニット１２へ印加する力を、バックライトユニット１２とコンベア１５の搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように、より具体的には最大静止摩擦力の１／２以下となるように制御する摩擦力制御を行う。
【００８６】
また、上記外力管理制御前（上記ベゼル移載移行モード）において、上記外力管理制御を適切に行えるように、制御装置８からの制御信号に基づきベゼル１１の位置および姿勢をバックライトユニット１２に合わせて予め調整する状態調整制御が行われる。詳細は後述する。
【００８７】
制御装置８は、上記ベゼル移載モードなどの動作を制御するために、メモリ（不図示）から予め記憶されている動作データを動作毎に（アーム４ａ，４ｂなどの位置の補正が１回終了する毎に）取得する。この動作データは複数のパラメータから構成される。この複数のパラメータは、例えば、動作データが上記ベゼル移載モードなどのうちいずれのモードの動作データであるのかを示した動作モードパラメータと、ベゼル１１の中心の座標である目標位置（単位は「ｍ／ｒａｄ」）を示した目標位置パラメータと、上記目標位置における速度（単位は「ｍ／ｓ」もしくは「ｒａｄ／ｓ」）を示した終了速度パラメータと、動作データによる動作の動作時間（単位は「ｓ」）を示した動作時間パラメータと、上記目標位置の指定方法（絶対位置もしくは相対位置）を示した目標位置指定パラメータと、上記内力管理制御を行うか否かを示した内力管理制御有無パラメータと、上記内力管理制御において用いる第１目標値の値（単位は「Ｎ」）を示した内力管理制御目標値パラメータと、上記内力管理制御において用いる積分ゲインの値（本実施形態では標準値に対する倍率）を示した内力管理制御積分ゲインパラメータと、上記外力管理制御において完了条件を満たせば上記外力管理制御を終了することを示した外力管理制御終了パラメータと、上記完了条件である力の値（単位は「Ｎ」もしくは「Ｎ／ｍ」）を示した外力管理制御完了条件パラメータと、上記完了条件を満たしたか否かを判定するための符号を示した外力管理制御完了判定符号パラメータと、上記外力管理制御において用いる第２目標値の値（単位は「Ｎ」もしくは「Ｎ／ｍ」）を示した外力管理制御目標値パラメータと、上記外力管理制御において用いる積分ゲインの値（単位は「ｍ／Ｎ」もしくは（ｒａｄ／Ｎ・ｃｍ））を示した外力管理制御積分ゲインパラメータとからなる。
【００８８】
なお、上記内力管理制御有無パラメータにおいて上記内力管理制御を行わないと指定した場合には、上記内力管理制御目標値パラメータと上記内力管理制御積分ゲインパラメータとは省略可能である。また、上記外力管理制御終了パラメータを設けない場合には、上記外力管理制御完了条件パラメータと上記外力管理制御完了判定符号パラメータとは省略可能である。
【００８９】
また、上記動作時間パラメータにおいて動作時間を指定しているが、その動作時間を経過しても新たな動作データが上書きされていない場合には、現在の動作データによる動作（上記内力管理制御および上記外力管理制御も含む）を維持する。また、上記外力管理制御終了パラメータを設けない場合には、上記外力管理制御積分ゲインパラメータにおける積分ゲインの値は「０」としておく。また、上記外力管理制御完了判定符号パラメータにおける符号は、例えば「＋」と「−」とを用意し、当該「＋」の符号は力覚センサ５の検出結果＞上記完了条件で上記外力管理制御が完了したことを示しており、当該「−」の符号は力覚センサ５の検出結果＜上記完了条件で上記外力管理制御が完了したことを示している。
【００９０】
制御装置８は、カメラ２から供給された撮像信号に対し定期的に（５Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度）ニ値化などの簡単な画像処理を行って、コンベヤ１５上におけるベゼル１１およびバックライト１２のアーム４ａ，４ｂに対する概略位置および概略姿勢を検出する。なお、この画像処理は、制御装置８にその機能を担わせるのではなく、他の演算装置を用意してこの演算装置によって行わせ、その結果を制御装置８に送信するという構成であってもよい。制御装置８は、ベゼル１１およびバックライト１２の概略位置・概略姿勢の検出結果に基づきスカラロボット４のアーム制御回路６へ制御信号を出力する。アーム制御回路６は、この制御信号に基づきスカラロボット４に対し、上記ハンド移動モードにおける動作および上記ベゼル移載移行モードにおける上記状態調整制御などの動作を行わせる。
【００９１】
また、制御装置８は、遮蔽センサ３から供給された検出信号に基づきスカラロボット４のアーム制御回路６へ制御信号を出力する。アーム制御回路６は、この制御信号に基づきベゼル移載モードを開始する、すなわちハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１を把持する。遮蔽センサ３の動作とスカラロボット４の動作とは同期している。
【００９２】
また、制御装置８は、力覚センサ５から供給された検出信号に基づき上記内力管理制御を行うための上記内力管理制御補正量および上記外力管理制御を行うための上記外力管理制御補正量を算出するとともに、これらの補正量に基づきスカラロボット４のアーム制御回路６へ制御信号を出力する。アーム制御回路６は、この制御信号に基づきアーム４ａ，４ｂの動作を制御して上記内力管理制御および上記外力管理制御を達成させて組付けを完了させる。また、このとき制御装置８は、上記補正制御および上記摩擦力制御を行うための制御信号もアーム制御回路６へ出力している。
【００９３】
また、制御装置８は、コンベヤ１５の動作の開始／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する制御信号をコンベヤ１５へ出力する。
【００９４】
（自動組立装置の動作）
次に、自動組立装置１０の動作について図３〜図５を用いて説明する。図３は上記ベゼル移載モードにおける制御装置８の処理の流れを示すフローチャートであり、図４は上記外力管理制御によるベゼル１１の移動の流れを示している。
【００９５】
まず、自動組立装置１０は、コンベヤ１５によるベゼル１１およびバックライトユニット１２の供給が開始されると、制御装置８が上記ハンド移動モードのための動作データを上記メモリから取得して上記ハンド移動モードの開始準備を行う。次いで、制御装置８が、カメラ２から供給された画像を解析してベゼル１１およびバックライトユニット１２の概略位置および概略姿勢を検出するとともに、この検出結果に基づきスカラロボット４のアーム制御回路６へ制御信号を出力してスカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂをその初期位置からベゼル１１を把持するための所望の位置まで移動させる（図４（ａ）参照）。以上までの動作により、上記ハンド移動モードが終了する。
【００９６】
次に、制御装置８は、上記ベゼル移載移行モードのための動作データを上記メモリから取得して上記ベゼル移載移行モードの開始準備を行う。次いで、遮蔽センサ３からベゼル１１の通過を検出した検出信号が制御装置８に供給されると、制御装置８はスカラロボット４のアーム制御回路６に制御信号を出力してスカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂがベゼル１１に接する直前の位置まで移動させる。このとき、スカラロボット４はコンベヤ１５と相対速度が概略一致している。以上の動作により、上記ベゼル移載移行モードが終了する。
【００９７】
次に、上記ベゼル移載モードが開始される。以下、上記ベゼル移載モードにおける自動組立装置１０の動作について説明するが、ここではまず、上記ベゼル移載モードにおける制御装置８の動作について説明し、その後この制御装置８の動作によるベゼル１１の移動について説明することによって、かかる説明を行うものとする。
【００９８】
まず、制御装置８は、上記ベゼル移載移行モードが終了すると（図３のフローチャートにおける「スタート」）、上記ベゼル移載モードのための動作データを上記メモリから取得して上記ベゼル移載モードの開始準備を行う（図３のフローチャートにおける「Ｓ１」）。次いで、ベゼル１１とバックライトユニット１２との接触により生じた、ハンド４ａａ，４ｂｂにおける力覚センサ５によって検出した±Ｘ方向，±Ｙ方向の力およびＺ方向のモーメントと、動作データにおける外力管理制御目標値パラメータによって指定された第２目標値とを用いて上記外力管理制御補正量を算出する（図３のフローチャートにおける「Ｓ２」）。
【００９９】
次いで、動作データにおける目標位置パラメータによって指定された目標位置からベゼル１１の中心の座標をベジェ補間によって算出する（図３のフローチャートにおける「Ｓ３」）。次いで、この算出したベゼル１１の中心の座標に算出した上記外力管理制御補正量を適用することでアーム４ａ，４ｂを制御して、ベゼル１１のバックライトユニット１２に対する位置を補正する（図３のフローチャートにおける「Ｓ４」）。
【０１００】
次いで、ハンド４ｂｂにおける力覚センサ５によって検出した−Ｘ方向の力と、動作データにおける内力管理制御目標値パラメータによって指定された第１目標値とを用いて上記内力管理制御補正量を算出する（図３のフローチャートにおける「Ｓ５」）。次いで、算出したベゼル１１の中心の座標に算出した上記内力管理制御補正量を適用することでアーム４ｂを制御して、ハンド４ｂｂのベゼル１１に対する位置を補正して上記内力を調整する（図３のフローチャートにおける「Ｓ６」）。
【０１０１】
以上のような動作を、動作データを変更しながら、つまりは上述した制御パラメータを変更しながら繰り返し行って、ベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めを完了させる。なお、上記動作データの変更は、動作時間パラメータを設けることによって、つまりは動作データによる動作を時間で制限することによって行うことができる。あるいは、外力が閾値を超えた場合にその動作データによる動作を終了させることによって行ってもよい。
【０１０２】
以上のような制御装置８の動作により、スカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１を把持させるとともに上方に持ち上げ、かつ、左斜め上方向へやや平行移動させる（図４（ｂ）参照。図中においてベゼル１１の移動方向を矢印にて示す。他の図においても同様）。なおこのときも、スカラロボット４はコンベヤ１５と相対速度が概略一致している。
【０１０３】
ここで、ベゼル１１を把持させて上方に持ち上げたとき、ベゼル１１の上辺（前方向における辺）が下辺（後方向における辺）より上方にあるように、すなわちベゼル１１とバックライトユニット１２との間にある程度の角度が生じるように、持ち上げられている。
【０１０４】
次に、ベゼル１１を、上述のように把持させつつ、今度は右斜め上方向へベゼル１１が傾くようにＺ軸周りに時計回りで回転させつつ、バックライトユニット１２へ向かって移動させる（図４（ｃ）参照）。次いで、そのままベゼル１１を移動させて、ベゼル１１の下辺の左部分をバックライト１２の同じく下辺の左部分に接触させる（図４（ｄ）参照）。
【０１０５】
次に、ベゼル１１の下辺の左部分をバックライトユニット１２の同じく下辺の左部分に接触させた後、ベゼル１１は以下のように移動する。すなわち、ベゼル１１は、バックライトユニット１２との接触を維持させつつ、右方向へ移動し、ベゼル１１の左下角部分とバックライトユニット１２の同じく左下角部分とを概略一致させる（対応部分を探す）（図４（ｅ）参照）。このとき、上記外力管理制御は、＋Ｙ方向の反力（外力）を一定に保つように制御してベゼル１１を右方向へ移動させるとともに、例えば＋Ｘ方向の反力が閾値を超えたか否かを確認してベゼル１１の左下角部分とバックライトユニット１２の同じく左下角部分とを概略一致させる。
【０１０６】
次いで、ベゼル１１の左下角部分とバックライトユニット１２の左下角部分とを接触させたまま、上述のようにベゼル１１をＺ軸周りに傾かせてバックライトユニット１２へ接触させたことによって生じているθモーメントが「０」となるように、ベゼル１１をＺ軸周りに反時計回りで回転させ、かつ、前方向へ押し付けることでバックライトユニット１２へ倣わせる。これにより、ベゼル１１の右下角部分とバックライト１２の右下角部分とが概略一致する（新たな対応部分を探す）（図４（ｆ）および図４（ｇ）参照）。
【０１０７】
次いで、上述のようにベゼル１１を角度を持たせてバックライトユニット１２へ接触させたことによって生じているΦモーメントが「０」となるように、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ押し当てながら倒していく（新たな対応部分を探す）（図４（ｈ）参照）。以上までの動作により、上記ベゼル移載モードが終了する。
【０１０８】
その後、上記ベゼル移載移行モードへ移行してスカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂの位置が下方方向へ下げられ、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ嵌め込む。さらに、上記ハンド移動モードへ移行してスカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂがベゼル１１の把持を終了して、その初期位置へ移動する。以上のような動作により、ベゼル１１のバックライトユニット１２への組付けが終了する。
【０１０９】
次に、上記状態調整制御および上記補正制御について、図５を用いて説明する。図５（ａ），（ｂ）は上記状態調整制御におけるベゼル１１の移動の流れを示しており、図５（ｃ）は上記補正制御におけるベゼル１１の移動の流れを示している。
【０１１０】
上記状態調整制御は、上述のように、上記外力管理制御前（上記ベゼル移載移行モード）において、上記外力管理制御を適切に行えるように、ベゼル１１の位置および姿勢をバックライトユニット１２に合わせて予め調整するものである。
【０１１１】
例えば、図５（ａ）の左側の図に示すように、ベゼル１１とバックライトユニット１２とが接触した状態で供給された場合に、あるいは、接触していなくても両者が非常に近い状態で供給された場合に、この状態をカメラ２からの画像の解析によって検出した制御装置８からの制御信号によって、その接触を解除するように、あるいは両者が接触しないようにベゼル１１の傾きを変更するように、スカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂを動作させて、ベゼル１１の位置および姿勢を調整する（図５（ａ）の右側の図参照）。
【０１１２】
また、例えば、図５（ｂ）の左側の図に示すように、ベゼル１１とバックライトユニット１２との傾きがそれぞれ異なる状態で供給された場合に、この状態をカメラ２からの画像の解析によって検出した制御装置８からの制御信号によって、ベゼル１１とバックライトユニット１２とにおいてその傾きが同様な状態となるように、スカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂを動作させて、ベゼル１１の位置および姿勢を調整する（図５（ｂ）の右側の図参照）。
【０１１３】
次に、上記補正制御は、上述のように、上記外力管理制御終了後にベゼル１１がバックライトユニット１２へ適切に組付けされていないことを検出した場合に組付けを補正するものである。例えば、図５（ｃ）の左側の図に示すようにベゼル１１がバックライトユニット１２からずれていると、動作終了時刻になっても外力管理制御完了条件パラメータにて指定した完了条件を満たせない。制御装置８は、この状態を検出すると、新たな動作データを取得して、組付けを補正する（図５（ｃ）の右側の図参照）。
【０１１４】
以上のように、本実施形態に係る自動組立装置１０は、スカラロボット４のハンド４ａａ，４ｂｂのベゼル１１の把持力が所望の値となるように制御する内力管理制御と、ベゼル１１とバックライトユニット１２との接触により生じる力（バックライトユニット１２からベゼル１１への反力）を用いてベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めを行う外力管理制御とを行って、ベゼル１１をバックライトユニット１２へ組付けする。自動組立装置１０は、以上の構成により、強度が弱い部材であっても把持力を最適化してその破損や変形などを防いで適切に組付けすることができる。
【０１１５】
また、自動組立装置１０は、上記外力管理制御を、ベゼル１１の任意の部分をバックライトユニット１２の任意の部分へ両者の間に角度を持たせて接触させ、この接触により生じる力を用いてベゼル１１をバックライトユニット１２へ組付けたときに互いに対応する対応部分を探すとともに、ベゼル１１およびバックライトユニット１２において上記対応部分を接触させつつ上記角度を持たせたことにより生じるモーメントを用いて新たな対応部分を少なくとも１つ探すことにより行う。自動組立装置１０は、以上の構成により、以下のような効果を奏する。
【０１１６】
例えば特許文献２に開示されている技術（以下「従来技術」と称する）においては、想定されていた部材の形状が略正角柱あるいは略円柱のような単純な形状のものであった。これに対し、組付けする部材を例えば平面表示パネルを用いたテレビジョンの前面におけるベゼル部材や外装用部材とすると、これらの部材の形状は上記従来技術において想定されていた部材の形状と比較して複雑な形状であり、また、これらの部材が組付けされる部材（ベゼル部材の場合はバックライトユニット、外装部材の場合はパネルモジュールなど）も複雑な形状であるため、厳密な位置決めが必要であって、上記従来技術のような単純な手順によってその位置決めを達成することは不可能であった。
【０１１７】
これに対し、自動組立装置１０は、以上の構成により、対応部分を最低２箇所探すことにより位置決めを行うため、以上のような厳密な位置決めが必要となる複雑な形状の部材にも十分に対応可能であり、それでいてその位置決めを迅速に行うことができる。また、以上のような部材の位置決めは、人が日常生活で行っている部材の位置決め作業に類似しているため、スカラロボット４の動作指定を直感的に行えるという利点がある。また、以上のようにベゼル１１とバックライトユニット１２との接触により生じる力およびモーメントを用いてベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めを行うため、予め部材同士の位置決めを行う必要がない。このため、位置決めジグや位置決め用装置などの位置決め機構を省略でき、自動組立装置の小型化および作業時間の短縮、ひいてはコスト削減が可能となる。
【０１１８】
また、自動組立装置１０は、カメラ２によってコンベヤ１５によって供給されたベゼル１１およびバックライトユニット１２の一部の領域を撮像し、このカメラ２によって撮像された画像を制御装置８にて解析して、ベゼル１１およびバックライト１２のアーム４ａ，４ｂに対する概略位置および概略姿勢を検出する。上記従来技術においては、組立ロボットが部材をハンドによって固定する際に部材の位置を認識している必要があるため、部材同士の厳密な位置決めは必要ないものの、部材の初期位置の位置決めが予め行われていたが、自動組立装置１０では、以上の構成により、その必要がない、すなわち部材の初期位置の位置決めが必要ない。このため、位置決めジグや位置決め用装置などの位置決め機構を省略でき、自動組立装置の小型化および作業時間の短縮、ひいてはコスト削減が可能となる。
【０１１９】
また、自動組立装置１０では、上述のようにベゼル１１とバックライト１２との接触により生じる力などを用いて位置決めを行っているため、上記概略位置などの検出にはさほど精度が要求されない。それゆえ、自動組立装置のさらなるコスト削減が可能となる。
【０１２０】
また、自動組立装置１０は、上記外力管理制御を適切に行えるように、ベゼル１１の位置および姿勢をバックライトユニット１２に合わせて予め調整する状態調整制御を行っている。また、自動組立装置１０は、上記外力管理制御終了後にベゼル１１がバックライトユニット１２へ適切に組付けされていないことを検出した場合に組付けを補正する補正制御を行っている。以上の構成により、自動組立装置１０は、上記外力管理制御が適切に行え、組付け精度を向上させることができる。
【０１２１】
また、自動組立装置１０は、ベゼル１１によってバックライトユニット１２へ印加する力を、バックライトユニット１２とコンベア１５の搭載面との間で生じる摩擦力の最大静止摩擦力を超えないように、より具体的には最大静止摩擦力の１／２以下となるように制制御する摩擦力制御を行っている。以上の構成により、自動組立装置１０は、コンベア１５の搭載面との摩擦によってバックライトユニット１２に傷が付くことを防ぐことができる。また、コンベア１５の搭載面とバックライトユニット１２との相対移動を抑制することができるようになるので、部材の位置ズレを防いでバックライトユニット１２同士の間隔を一定に保つことができるようになる。
【０１２２】
また、自動組立装置１０は、組付けを行うロボットを、複数のアーム４ａ，４ｂを有し、当該アーム４ａ，４ｂの自由端の先端におけるハンド４ａａ，４ｂｂによってベゼル１１の短辺側を挟み込んで把持するスカラロボット４としている。このように複数のアームを有したロボットによって部材を両側から挟みこんで把持する構成とすれば、把持する部材が複雑な形状であっても対応可能である。また、上記ロボットが複数のアームを有している構造であるため、ロボットの小型化、ひいてはコスト削減が可能である。
【０１２３】
また、自動組立装置１０は、コンベヤ１５によるベゼル１１およびバックライトユニット１２の搬送時に組付けを行うため、コンベア１５が、ベゼル１１およびバックライトユニット１２を自動組立装置１０に供給するとともに、自動組立装置１０によってベゼル１１がその上に組付けされたバックライトユニット１２を搬送することになる。このため、工場における搬送系統の簡略化が可能となる。
【０１２４】
また、自動組立装置１０は、以上のような構成に限らず、さらに以下のように構成することも可能である。
【０１２５】
すなわち、ベゼル１１とバックライトユニット１２とにおいて、他の物体との接触が禁止されている接触禁止領域を設け、スカラロボット４による把持およびベゼル１１とバックライトユニット１２との接触を上記接触禁止領域以外の領域で行う。この構成とすれば、組付けする部材が製品の外装部材などである場合に、接触禁止領域を上記外装部材の外側から目視可能な部分に設定することで、当該目視可能な部分にスカラロボット４による把持などによって傷などが付いてしまうことを防ぎ、その製品を不良品としてしまう、もしくは商品価値を下げてしまうことを防ぐことができる。
【０１２６】
また、図４を用いて説明したベゼル１１の移動は単なる一例であり、要は、ベゼル１１とバックライトユニット１２とを接触させてそれらが組付けされたときに互いに対応する（組付けたときに同位置となる）対応部分を探し、この対応部分に基づきベゼル１１とバックライトユニット１２との位置決めが完了すればよいため、ベゼル１１のバックライトユニット１２との接触、およびその後の移動はどのような形で行ってもよい。例えば、ベゼル１１とバックライトユニット１２との初めの接触箇所をそれぞれの下辺の右部分とし、図４に示したベゼル１１の移動とは逆方向に移動させて組付けを行ってもよい。
【０１２７】
ここで、ベゼル１１の移動を一定範囲内とする（具体的には、外力管理制御補正量を一定値以下とする）ことにより、必要以上にベゼル１１が移動することを抑えることが好ましい。この構成により、バックライトユニット１２がベゼル１１に倣うため、組付け後のバックライトユニット１２を整列させる効果がある。
【０１２８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２９】
また、本発明の技術的範囲には、本発明に係る自動組立装置もしくは自動組立方法によって組付けされた部材を備えた電気機器などの製品、特に、ベゼルが組付けされたバックライトユニット、外装部材が組付けされたパネルモジュール、もしくはその双方を備えている、例えば液晶テレビジョンなどの平面表示パネルを用いた表示装置が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、電気機器などの製品の製造工程において強度が弱く、かつ、複雑な形状を有する部材を予め部材の位置決めを行うことなく他の部材へ適切に自動的に組付けするものであり、特に液晶テレビジョンなどの平面表示パネルを用いたテレビジョンの製造工程において好適に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る自動組立装置の概略構造を示す斜視図であり、（ｂ）は上記自動組立装置に備えられているスカラロボットのハンドの概略構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した自動組立装置のシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示した自動組立装置のベゼル移載モードにおける動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】図１に示した自動組立装置の外力管理制御によるベゼルの移動の流れを示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は図１に示した自動組立装置の状態調整制御によるベゼルの移動の流れを示す図であり、（ｃ）は上記自動組立装置の補正制御によるベゼルの移動の流れを示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
２      カメラ（部材状態検出手段）
４      スカラロボット（組立手段）（ロボット）
４ａ、４ｂ        アーム
４ａａ、４ｂｂ    ハンド（把持部）
５      力覚センサ（力検出手段）
８      制御装置（組立手段）（部材状態検出手段）
１１    ベゼル（第１部材）
１２    バックライトユニット（第２部材）
１０    自動組立装置
１５    コンベヤ（部材搬送手段）
【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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