JP2006035346A

JP2006035346A - 部品組付け方法

Info

Publication number: JP2006035346A
Application number: JP2004216385A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Shimizu; 忍清水; Katsuya Murakami; 克哉村上; Masaru Mizuno; 賢水野; Doku Tsukamoto; 独塚本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】双腕ロボットの双腕を協調動作させることによって生産性の向上を図ることのできる部品組み付け方法を提供する。
【解決手段】双腕ロボット１の一方の腕（アーム３）が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボット１の他方の腕（アーム４）は他の部品を保持するなどして該他の部品の組み付け準備をおこなうことや、一方の腕（アーム３）が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボットの他方の腕（アーム４）も該一つの部品の保持または組み付けを同時におこなうことによる部品の組み付け方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、双腕ロボットを使用して生産ラインにおける本体部品に複数の部品の組み付けをおこなう部品組み付け方法に係り、特に双腕ロボットの双腕を協調動作させることによって生産性の向上を図ることのできる部品組み付け方法に関するものである。

複数の生産工程から構成される生産ラインにおける部品の組み付け作業は、人手のほか、各種アクチュエータなどによっておこなわれている。例えば、複数の組み付けエリア（作業ユニット）をライン状に構成してなる生産ラインにおいては、一つの作業ユニットにて途中完成された半製品（ワーク）を次の作業ユニットに搬送する方法として、作業ユニット間をコンベアにて繋ぐことのほかに双腕ロボットを介して搬送する方法が適用される場合もある。

双腕ロボットとは、例えば６自由度の多関節構造ないしスカラー構造のロボットアームを一対備えた産業用ロボットのことであり、かかる一対のロボットアームを協調動作させることにより、生産ラインにおけるワークの効率的な搬送が可能となる。すなわち、前工程からのワークの取り外しから次工程へのワークの載置までを連続しておこなうことが可能となることのほかに、前工程での部品の取り付け面と次工程での部品の取り付け面が反転する場合において、一方の腕から他方の腕へのワークの持ち替えの際に該ワークの作業面をスムーズに反転できるため、ワークの流れを一時的に遮断することなく効率的な生産ラインを実現することが可能となる。

かかる双腕ロボットは従来、生産ラインを構成する各作業ユニット（各作業工程）間を水平方向に移動しながら各作業ユニット間の橋渡し的な役割として使用されるのが一般的であった。すなわち、複数の作業ユニットはそれぞれの作業内容に応じた工作機械または作業員を備えており、各作業ユニットが例えば一直線上のラインに沿って配設され、各作業ユニット間を水平方向に走行可能な双腕ロボットにて繋ぐことにより生産ラインが構成されている。各作業ユニットで順次半製品化された本体部品を次工程へ搬送することにより完成品が製造される。

一方、特許文献１では、嵌め合い部品を把持するチャックを備えたアームを有するロボットを使用することでスプールバルブなどをバルブボディの嵌め合い孔に精度よく嵌合させることのできる精密嵌め合い部の嵌め合わせ方法および装置に関する発明が開示されている。かかるロボットはチャックとアームの間に、水平方向および角度方向のずれを受動的に吸収可能なコンプライアンス素子とチャックから加わる力やトルクとを検出する力覚センサを介装している。したがって、嵌め合い部品が嵌め合い孔にうまく嵌合しない場合には（かかる場合は嵌め合い部品を通してアームに反力が作用する）、検出された反力に応じてアームを適宜動かしながら嵌め合い部品が嵌め合い孔に嵌合するようにアームが作動するものである。

特許第３０９７３９３号公報

特許文献１の精密嵌め合い部の嵌め合わせ方法および装置によれば、スプールバルブなどをバルブボディの嵌め合い孔に精度よく嵌合させることが可能となるとともに、従来作業員がおこなっていた作業をロボットにて代替することが可能となる。しかし、かかるロボットアームによって部品の組み付けをおこなう場合、該ロボットアームはその作動速度が比較的遅いことから逆に作業効率の低下が招来され、生産性が劣ってしまう可能性がある。かかるロボットアームの作動速度が遅いといった問題を解消するために、ロボットアームを２本併設することによって生産性の向上を図るという方策も考えられる。しかし、別途のアーム（ロボットないし、アクチュエータ）を併設させ、相互に組み付けをおこなおうとすると、ロボットごとの制御に加えて、ロボット相互のインターフェース制御も必要となるなど、生産ラインの制御機構が複雑となるとともに生産ライン自体の製造に要するコストが高騰してしまう。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、従来複数の作業ユニットから構成される生産ライン間の橋渡し役にしか利用されていなかった双腕ロボットを、例えば各種の部品組み付けをおこなう作業ユニットに積極的に適用することにより、生産ラインの生産性の向上を図ることのできる部品組み付け方法を提供することを目的とする。さらに、従来人手の勘や経験からくるこつなどに依存していた部品の組付け作業を双腕ロボットにて代替させることにより、生産ラインの無人化を図ることのできる部品組み付け方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による部品組み付け方法は、双腕ロボットを使用して生産ラインにおける本体部品に複数の部品の組み付けをおこなう部品組み付け方法であって、前記双腕ロボットの双腕を協調動作させることにより前記部品の組み付けを行うことを特徴とする。

ここで、双腕ロボットとは、例えば６自由度の多関節構造のロボットアームを２本有する産業用ロボットや、水平面内での回転自由度に重点が置かれたスカラー構造で、ロボットアームを２本有する産業用ロボットなどのことである。スカラー構造の双腕ロボットの場合には比較的大きな可搬重量を有するといったメリットがある。双腕ロボットは、２本のアームを支持するボディ部と、該ボディ部の側面において上下にスライド可能な２本のアームとから主に構成されており、特にスカラー構造の場合には、かかるアームの上下スライドによって鉛直方向のアームの自由度を確保している。また、アームはボディ部とその一端で接続する第一アームと、該第一アームに接続する第二アーム、さらには第二アームの先端に接続するハンドとから主に構成されている。多関節構造のロボットの場合には、上記する各接続部が例えば水平方向や鉛直方向に回動可能であるとともに、ハンドは第二アームとの接続部を中心に回動および回転可能に構成されている。スカラー構造のロボットの場合においては、ボディ部と第一アームとの接続部は水平方向に回動可能であり、第一アームと第二アームとの接続部は回転または水平方向に回動可能であり、ハンドは第二アームとの接続部を中心に回動および回転可能に構成されている。さらに、ハンドは作業内容に応じて適宜交換可能であり、例えば精密な軸状部品を嵌入孔に嵌め込むような作業においては、軸状部品を把持（チャック）可能な構成となっている。

第一アームや第二アームの回動やハンドの回転作動は、コントローラを内臓した制御装置によって制御される各サーボモータの駆動によりおこなわれる。また、組み付け作業内容に応じて、双腕ロボットには予め作業手順などがティーチングされている。

上記するハンドと第二アームとの間には、公知のコンプライアンス機構（コンプライアンス素子）を介在させることもできる。かかるコンプライアンス機構により、組付け部品の組み付け時に、部品の水平方向の微調整や角度の微調整などをおこなうことができ、特に精密部品の組み付け作業などにおいては効果的であるものと考えられる。

ここで、双腕ロボットの双腕を協調動作させるとは、１つの制御系にて制御される２本のアームを相互に動作させながら部品の組み付け作業をおこなうことをいい、組み付け作業を２本のアームでおこなうことで作業の効率化を図ることが可能となる。組み付け作業の実施形態は作業内容に応じて多様であるが、複数の嵌入孔に軸状部品を嵌め込むような作業の場合では、２本のアームを同時に使って嵌め込み作業をおこなうことで作業時間の大幅な短縮が見込まれる。双腕ロボットを使用することのメリットは、上記するように１つの制御系にて２本のアームを相互に干渉することなく作動させることや、２本のアームを同時に作動させて部品を組み合わせることなどを可能にできることである。１本のアームまたはアクチュエータを複数併設した構成では、各アームの制御系のほかに、双方のアームまたはアクチュエータが干渉しないような、あるいは相互に連関した作業をおこなえるようなインターフェース制御も必要となるため、装置が複雑となって装置の製造に要するコストが高くなってしまう。

また、本発明による部品組み付け方法の他の実施形態として、前記双腕ロボットの一方の腕が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボットの他方の腕は他の部品を保持するなどして該他の部品の組み付け準備をおこなうことを特徴とする。

上記の発明は、双腕ロボットの２本のアームを協調動作させながら部品の組み付け作業をおこなう一つの実施形態であり、双方のアームにて部品を交互に組み付ける場合の組み付け方法に関するものである。例示として、スプリングやスプールバルブなどの軸状部品を車輌用自動変速機のコントロールバルブのバルブボディに穿設されたバルブ孔などの嵌入孔に嵌め込む場合を取り上げて説明する。かかる作業はバルブ孔にスプリング、スプールバルブ、プラグを順に嵌め込んだ後に該プラグの上面を押さえるキーを該バルブ孔の側面から差し込む作業である。

まず、組付け用部品供給装置から右ハンドにてスプリングを、左ハンドにてスプールバルブをそれぞれ同時に取り出す。次に、右ハンドでスプリングをバルブ孔に挿入する。この際、左ハンドはスプールバルブをチャックした状態で待機している。スプリングの挿入が完了したら、左ハンドにてスプールバルブの挿入をおこなう。続いて左ハンドでプラグを取り出し、該プラグの挿入をおこなう。次に右ハンドにてプラグの上面を押さえつけ、スプリングの付勢に抗しながらプラグ（およびスプールバルブ）をバルブ孔の所定深度（キー挿入孔付近）まで押し下げる。この際、左ハンドでキーを取り出し、待機しておく。右ハンドにてプラグの上面をキー挿入孔下方まで押し下げるとともにこの状態を維持させておき、左ハンドにてキーをキー挿入孔に挿入することでバルブ孔へのスプリング、スプールバルブ、プラグの挿入が完了する。

上記するように、複数の組み付け部品を交互に組み付けながら製品（または半製品）を製造するような作業ユニット（からなる生産ライン）においては、かかる双腕ロボットを使用することにより、効率的な部品の組み付けをおこなうことができ、該生産ラインの生産性を向上させることが可能となる。

また、本発明による部品組み付け方法の他の実施形態として、前記双腕ロボットの一方の腕が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボットの他方の腕も該一つの部品の保持または組み付けを同時におこなうことを特徴とする。

上記の発明は、双腕ロボットの２本のアームを協調動作させながら部品の組み付け作業をおこなう他の実施形態であり、双方のアームにて例えば２つの部品を組み合わせるような組み付け方法に関するものである。例示として、挿入孔を有するスリーブの該挿入孔にプランジャの一端を遊嵌させた状態で該プランジャの一端から順にプランジャおよびスリーブをバルブ孔（を有するバルブボディ）に嵌め込む場合を取り上げて説明する。

組付け用部品供給装置から右ハンドにてプランジャを、左ハンドにてスリーブをそれぞれ同時に取り出し、双方のハンドを作動させてスリーブの挿入孔にプランジャの一端を遊嵌させる。ここで、左ハンドはスリーブからプランジャが落下しないようにスリーブおよびプランジャが水平方向となるように該スリーブを把持している。さらに、バルブ孔が水平方向となるようにバルブボディを治具にて固定しておく。左ハンドにてスリーブおよびプランジャをバルブ孔に挿入することで嵌め込み作業が完了する。なお、かかる作業において、予め双方のハンドを使用してスプールバルブおよびスプリングをバルブ孔に嵌め込んでおき、次にスリーブおよびプランジャを嵌め込む作業の場合には、該スリーブおよびプランジャを左ハンドにて所定深度まで嵌め込んだ後に右ハンドにてスプリングの付勢に抗するようにスリーブ上面を押さえておき、左ハンドにてキーを取り出してキー挿入孔に挿入することでスプールバルブ、スプリング、プランジャ、スリーブのバルブ孔への嵌め込み作業が完了することとなる。

上記実施形態のように２つ以上の部品を組み合わせる作業や組み合わされた部品を嵌入孔へ嵌め込む作業などの場合には、従来は人手により、またはそれぞれに独立した複数のアクチュエータを同時に作動させておこなうなどの方法が使用されていた。本発明のように双腕ロボットを使用してかかる組み付け作業をおこなうことにより、効率的な組み付け作業を実現することができるとともに、作業ユニットの構成をシンプルなものとすることができ、したがって製造コストの低減を図ることが可能となる。

以上の説明から理解できるように、本発明の部品組み付け方法によれば、双腕ロボットの双腕を協調動作させることによって部品の組み付け作業の生産性の向上を図ることができる。また、部品の組み付け作業をおこなう複数の作業ユニットからなる生産ラインにおいて本発明の部品組み付け方法を適用することにより、生産ラインの生産性を飛躍的に向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の部品組み付け方法を実施するための装置の概要を示した斜視図である。図２〜図６は、双腕ロボットの左右のハンドを協調動作させながら、バルブ孔にスプリング、スプールバルブ、プラグの順に嵌め込む一連の作業状況を説明した説明図である。なお、図示する双腕ロボットは、スカラー構造の双腕ロボットであるが、その他の多関節型の双腕ロボットを使用することができることは勿論のことであり、また、部品の組み付け作業も図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。

図１に示す軸状部品嵌め込み装置は、２つのロボットアーム３，４がボディ部２の側面を上下に昇降可能に取付けられた双腕ロボット１と、該双腕ロボット１と配線６１で繋がれたコントローラ内臓の制御装置６、部品が組み付けられる本体部品であるバルブボディ７を固定するための組付け用治具９と、これらを載置するプレート６２とから主に構成されている。各ロボットアーム３，４は、それぞれボディ部２の側面と接続する第一アーム３１，４１と、該第一アーム３１，４１に接続する第二アーム３２，４２と、該第二アーム３２，４２の先端にコンプライアンス機構５，５を介して接続する右ハンド３３、左ハンド４３とから構成されている。ここで、ボディ部２と第一アーム３１，４１との接続部、第一アーム３１，４１と第二アーム３２，４２との接続部はそれぞれ水平方向に回動可能であり、右ハンド３３や左ハンド４３（コンプライアンス機構５，５）は第二アーム３２，４２とそれぞれ回転可能に接続されている。なお、図示しないが、かかる装置を備えた作業ユニットを複数併設して生産ラインを構成する場合は、図示する組付け用治具９の図中の前方（矢印Ｚ方向）にコンベアが取付けられ、各作業ユニット間をコンベアが連通するように構成し、かかるコンベア上を順次組み付けられた本体部品が流れていくように生産ラインを形成することができる。さらに、図示しないが、双腕ロボット１が部品を取り出すための部品供給装置や、コンベア上を移動してきた本体部品を組付け用治具３に移載するための移載装置などを設置することができる。

図２〜図６に基づいて、双腕ロボット１が２つのアーム３，４（ハンド３３、４３）を協調動作させながら軸状部品を嵌入孔に嵌め込む方法を説明する。なお、嵌め込み順序は、スプリング８２、スプールバルブ８１、プラグ８３の順であり、最後にキー８４を差し込んで軸状部品の嵌入孔への嵌め込み作業が完了するものである。

まず、図２に示すように、治具９にバルブボディ７をバルブ孔７１，７１，…が鉛直方向となるように固定する。なお、バルブボディ７（のバルブ孔７１）の側面には最終的にキー８４を差し込むためのキー挿入孔７２が穿設されている。まず、図示しない部品供給装置から右ハンド３３にてスプリング８２を、左ハンド４３にてスプールバルブ８１をそれぞれ取り出す（図２参照）。

次に、図３に示すように、一つのバルブ孔７１に右ハンド３３にて把持したスプリング８２を挿入していく（矢印Ｘ方向）。この際、左ハンド４３は、次にバルブ孔７１へスプールバルブ８１を挿入するための準備として該スプールバルブ８１を把持した状態で待機している。

スプリング８２の挿入が完了したら、同一のバルブ孔７１に今度は左ハンド４３によりスプールバルブ８１の挿入をおこなう（図４参照）。左ハンド４３によるスプールバルブ８１の挿入が完了したら、該左ハンド４３にて今度は部品供給装置からプラグ８３を取り出すとともに上記と同一のバルブ孔７１への挿入をおこなう（図５参照）。図４〜図５の作業時においては右ハンド３３は次の作業のために待機した状態である。

最後の工程であるキー８４のキー挿入孔７２への差し込み作業を図６に示している。右ハンド３３にはプラグ８３押し下げ用の棒体８５を、左ハンド４３にはキー８４をそれぞれ把持する。スプールバルブ８１およびプラグ８３をスプリング８２の付勢に抗して下方へ押し下げるように、例えば図示する棒体８５を右ハンド３３にて把持するとともに該棒体８５にてプラグ８３の上面を押圧し、少なくとも該プラグ８３の上面がキー挿入孔７２の下方に位置するように押し下げる（矢印Ｘ方向）。かかる位置にプラグ８３を維持固定しておき、左ハンド４３にてキー８４をキー挿入孔７２に挿入する（矢印Ｙ方向）。キー８４の挿入が完了すると棒体８５によるプラグ８３の上方からの押圧を解除してかかる複数の軸状部品の嵌入孔への嵌め込み作業が完了する。

双方のアーム（ハンド３３，３４）を交互に、または同時に協調動作させることにより、上記のように単一の制御系にて、効率的な部品の組み付け作業を実現することができる。また、複数の作業ユニットからなる生産ラインにおける該作業ユニットにおいて、かかる双腕ロボット１にて部品の組み付け作業をおこなうことにより生産ラインの生産性を飛躍的に向上させることが可能となる。

なお、上記一連の作業において、双方のハンド３３，４３が各軸状部品を把持した状態で嵌入孔へ該軸状部品を挿入していく場合においては、双方のコンプライアンス機構５，５によって軸状部品の水平方向や角度方向の微調整をおこなうことが可能となる。

上記するような嵌め込み作業内容の実施形態のほか、右ハンド３３と左ハンド４３を同時に使用しながら２つの部品を組み合わせ、該組み合わされた部品を上記と同様にバルブ孔などの嵌入孔へ嵌め込むといった実施形態の場合にも双腕ロボット１を使用するのが好適である。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

本発明の部品組み付け方法を実施するための装置の概要を示した斜視図。双腕ロボットの右ハンドにてスプリングを、左ハンドにてスプールバルブをそれぞれ同時に取り出している状況を模式的に示した説明図。双腕ロボットの右ハンドでスプリングをバルブ孔に挿入し、左ハンドでスプールバルブをチャックしている状況を模式的に示した説明図。双腕ロボットの左ハンドにてスプールバルブを挿入している状況を模式的に示した説明図。双腕ロボットの左ハンドにてプラグを挿入している状況を模式的に示した説明図。双腕ロボットの右ハンドにてプラグの上面を押さえつけ、左ハンドでキーをキー挿入孔に挿入している状況を模式的に示した説明図。

符号の説明

１…双腕ロボット、２…ボディ部、３，４…アーム、５…コンプライアンス機構、６…コントローラ、３１，４１…第一アーム、３２，４２…第二アーム、３３…右ハンド、４３…左ハンド、７…バルブボディ、７１…バルブ孔、７２…キー挿入孔、８１…スプールバルブ、８２…スプリング、８３…プラグ、８４…キー

Claims

双腕ロボットを使用して生産ラインにおける本体部品に複数の部品の組み付けをおこなう部品組み付け方法であって、
前記双腕ロボットの双腕を協調動作させることにより前記部品の組み付けを行うことを特徴とする、部品組み付け方法。
前記双腕ロボットの一方の腕が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボットの他方の腕は他の部品を保持するなどして該他の部品の組み付け準備をおこなうことを特徴とする、請求項１に記載の部品組み付け方法。
前記双腕ロボットの一方の腕が一つの部品を保持または組み付けをおこなっている際には、該双腕ロボットの他方の腕も該一つの部品の保持または組み付けを同時におこなうことを特徴とする、請求項１に記載の部品組み付け方法。