JP2009173275A

JP2009173275A - 車体構造体の組立方法

Info

Publication number: JP2009173275A
Application number: JP2009010636A
Authority: JP
Inventors: Cary R Sherrill; アール．シェリルケアリー; Richard Daniel Pastrick; ダニエルパストリックリック; Douglas P Heerema; ピー．ヒーレマダグラス
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090183355A1; CN201366605Y; US8046895B2

Abstract

【課題】車体構造体の組立方法を提供する。
【解決手段】車体構造体１２を組み立てる為の装置１０は、第一側部構造体２０、第二側部構造体２２、後部構造体２４、上部構造体２６、および、底部構造体２８に係合するように構成された第一の側部エンド・エフェクター３０、第二の側部エンド・エフェクター３２、後部エンド・エフェクター３４、及び、上部エンド・エフェクター３６を含む。多軸式ロボット・マニピュレータＭが、対応するエンド・エフェクターの位置を合わせるために使用され、複数のマニピュレータＭは、必要とされる位置決め動作に応じ、同一若しくは異なる構成を持ち、複雑化を防ぐために共通化される。
【選択図】図１

Description

本発明は車体構造体の組立方法に関連する。

本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、車体構造体を組み立てるための装置が提供される。その装置は、第一の車体構造体構成要素を位置決めするための第一エンド・エフェクター（end effector）と第二の車体構造体構成要素を位置決めするための第二エンド・エフェクターとを有する、第一マニピュレータ（manipulator）を含む。第二エンド・エフェクターは第一エンド・エフェクターと係合することにより、第一の車体構造体構成要素に対する第二の車体構造体構成要素の位置を合わせる（位置決めする）。

実施形態の少なくとも一つにおいて、車体構造体を組み立てる為の装置が、一連のエンド・エフェクターを含む場合がある。一連のエンド・エフェクターは、第一のサブセット（subset）と第二のサブセットを含み得る。第一及び第二のサブセットの各部材が、一連の車体構造体構成要素の部材の一つを掴むように構成されている。第二サブセットの各部材が第一のサブセットの一つ以上の部材に係合することにより、一連の車体構造体構成要素の部材を組立て位置に合わせる。

本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、車体構造体の組立方法が提供される。その方法は、複数組のエンド・エフェクター及び車体構造体構成要素を準備する工程、一連のエンド・エフェクターの各部材を、一連の車体構造体構成要素の異なる部材に係合させる工程、上記一連のエンド・エフェクターの第一及び第二のサブセットを位置決めする工程、第二のサブセット部材の一つを第一のサブセットの少なくとも一つの部材に係合させる工程、及び、車体構造体構成要素を連結するための組立て操作を実行する工程、を含む。

ここに本発明の実施形態の詳細を記述するが、開示されてる実施形態は本発明の単なる一例に過ぎず、本発明は種々の代替形態に具体化され得ることは、理解されるであろう。図は必ずしも寸法を規定するものではなく、特定の部品の詳細を示すために、特徴の幾つかは誇張あるいは簡略して描かれている場合がある。したがって、ここに記述される特定の構造及び機能の詳細は、限定して解釈されるべきものではなく、単なる特許請求の範囲の代表的な基本例、及び/又は、本技術分野の当業者に本発明の種々の適用例を教示するための代表的な基本例として解釈されるべきものである。

図1を参照すると、車体構造体12を組み立てる為の装置10の例が示される。装置10は、車体組立てラインの一部であり得る。装置10は、乗用車やトラックなどの自動車に設けられ得るような車体構造体12の一つ以上の部品を位置決め及び/又は組み立てる為に使用され得る。図1において、車体構造体12の例が、第一側部構造体20、第二側部構造体22、後部構造体24、上部構造体26、および、底部構造体28を備えて示される。一つ或いはそれ以上の数の側部構造体が、自動車の乗員室を少なくとも部分的に規定する。

装置10は、一つ或いはそれ以上の数の車体構造体デザインに適合すべく種々の構成に準備され得る。加えて装置10は、一連のエンド・エフェクター、一連のマニピュレータ、及び、任意に設けられるベースドッキングユニット（base docking unit）のような種々の構成要素を含み得る。

一連のエンド・エフェクターは、夫々が少なくとも一つの車体構造体構成要素に係合するように構成された複数のエンド・エフェクターを含む場合がある。図1に示される実施形態において、一連のエンド・エフェクターは、第一の側部エンド・エフェクター30、第二の側部エンド・エフェクター32、後部エンド・エフェクター34、及び、上部エンド・エフェクター36を含む。もちろん、本発明は、これとは異なる数のエンド・エフェクターが設けられ、そして、これらのエンド・エフェクターが図1に示したものと同じ構成あるいは異なる構成を持ち得ることも企図している。さらに、一連のエンド・エフェクターは、後でより詳しく記述されるように、第一及び第二のサブセットを構成する。

マニピュレータが、夫々のエンド・エフェクターと関連付けられ得る。判りやすくする為、図1において、”M”がマニピュレータを表すのに使用されている。各マニピュレータMは、一つ又はそれ以上の数の軸に沿ってエンド・エフェクターの位置合わせを行なうことが出来る。例えば、多軸式ロボット・マニピュレータが、対応するエンド・エフェクターの位置を合わせるために使用され得る。複数のマニピュレータMは、必要とされる位置決め動作に応じ、同一若しくは異なる構成を持つ。実施形態の少なくとも一つにおいて、マニピュレータMは一般的に、複雑化を防ぐために共通化され得る。

一連のベースドッキングユニットは、一連のエンド・エフェクターのサブセットと係合し、位置合わせをし、そして、保持することが出来る。後で詳細に説明するように、ベースドッキングユニットはそのようなものとして、複数のエンド・エフェクター及び対応する車体構造体構成要素をより正確に位置合わせするのを促進し得る。図1に示す実施形態において、4つのベースドッキングユニット40が示され、そして、組立てラインの対辺に置かれる『組』を構成する。各ベースドッキングユニット40は、同一の長さを持つ車体構造体及び/又はエンド・エフェクターに対応すべく、固定位置に設けられ得る。或いは、一つ或いはそれ以上の数のベースドッキングユニット40が、幅広い種類の車体構造体及び/又はエンド・エフェクターに対応すべく可動に置かれる場合がある。

ここで、エンド・エフェクターの様々な例を、図2乃至4を参照して記述する。図2乃至4の夫々は、エンド・エフェクターを「外側」から見たものである（即ち、そこにおいて車体構造体構成要素は係合される側から見たものである）。

図2を参照すると、車体構造体構成要素が無い状態の第一の側部エンド・エフェクター30が示されている。第一の側部エンド・エフェクター30は、図1に示すようにドア開口42を少なくとも一つ含み得る第一の側部構造体20のような車体構造体構成要素を受けるように構成され得る。第一の側部エンド・エフェクター30は、フレーム50、マニピュレータ・マウント52、一つ或いはそれ以上の数のクランプ54、一つ或いはそれ以上の数の位置決め器（locator）56、第一ドッキング機能部58、第二ドッキング機能部60、及び、一つ或いはそれ以上の数のパッド（pad）62を含み得る。

フレーム50は、適切であれば如何なる構成を持つことが出来、そして、適切であれば如何なる材質からも作られ得る。例えば、フレーム50は、安定性及び繰り返し可能な車体構造体構成要素の係合および位置合わせを提供するための比較的強固な構造を提供する為、金属チューブから作られる場合がある。

マニピュレータ・マウント52は、フレーム50の上に配設され、そして、対応するマニピュレータMとの係合を促進することが出来る。マニピュレータ・マウント52が迅速接続構成を備え、マニピュレータMが異なるエンド・エフェクターを選択して異なる車種に対応することを可能とし、そして、製造柔軟性を提供する場合がある。

クランプ54はフレーム50の上に配設され得、そして、車体構造体構成要素を掴むように適合され得る。クランプ54は適切なものであれば如何なるタイプのものでもよく、そして、適切なものであれば油圧装置や電気装置のような如何なる方法でも駆動可能で有り得る。加えて、クランプ54は、他のマニピュレータの位置合わせや操作などの組立て操作、及び、それに付随する冶具と干渉しないように置かれ得る。

位置決め器56は、フレーム50に対して固定されて、若しくは、可動に置かれ、そして、適切なものであれば如何なる構成をも持ち得る。例えば、位置決め器56の一つ以上が、車体構造体構成要素を位置決めする及び/又は支持する一助となるピン或いは面を備える場合がある。

第一ドッキング機能部58はフレーム50の上に置かれ、そして、ベースドッキングユニット40のような別の部品と係合するように構成され得る。図2に示す実施形態においては、一組の第一ドッキング機能部58がマニピュレータ・マウント52の対辺に設けられている。第一ドッキング機能部58は、そのようなものとして、マニピュレータ・マウント52に関するモーメントを低減する一助となるべく配置され得る。

第一ドッキング機能部58は、適切なものであれば、ベースドッキングユニット40上の対応するドッキング機能部に適合する雄構成（male configuration）或いは雌構成（female configuration）のような、如何なる構成でも有り得る。例えば、後で詳細に説明するように、第一ドッキング機能部58は、ベースドッキングユニット40上の対応するドッキング機能部を受ける雌もしくはソケット構成を持ち得る。

第二ドッキング機能部60は、フレーム50上に配設され、そして、別のエンド・エフェクターに係合すべく適合され得る。図2に示す実施形態において、一組の第二ドッキング機能部60は、後部エンド・エフェクター34や上部エンド・エフェクター36のような、異なるエンド・エフェクターとの係合を提供される。後で詳細に説明するように、第二ドッキング機能部60は、第一ドッキング機能部58とは異なる構成を持ち得る。

一つ或いはそれ以上の数のパッド62がフレーム50上に置かれ、別のエンド・エフェクターと接触すべく適合され得る。図2に示す実施形態において、パッド62は、後部エンド・エフェクター34や上部エンド・エフェクター36のような別のエンド・エフェクターとの接触を提供される。パッド62は、平面でも非平面でも、適切なものであれば如何なる構成でも良い。

第二の側部エンド・エフェクター32は第一の側部エンド・エフェクター30と同一の構成を持ち得る。例えば、一般的に、第二の側部エンド・エフェクター32は、図1に示される第一の側部エンド・エフェクター30の鏡像として構成され得る。第二の側部エンド・エフェクター32は、一つあるいはそれ以上の数のドア開口を含みうる第二の側部構造体22のような車体構造体構成要素を受けるように構成され得る。

図3を参照すると、後部エンド・エフェクター34の例が示される。後部エンド・エフェクター34は、後部構造体24のような車体構造体構成要素を受けるように構成され得る。後部エンド・エフェクター34は、フレーム50'、マニピュレータ・マウント52、一つ或いはそれ以上の数のクランプ54、一つ或いはそれ以上の数の位置決め器56、第二ドッキング機能部60'、及び、一つ或いはそれ以上の数のパッド62のような、他のエンド・エフェクターと同様の特徴を含み得る。フレーム50'及び第二ドッキング機能部60'は、後で詳述するように、第一の側部エンド・エフェクター30や第二の側部エンド・エフェクター32に付随するものとは異なる構成を持ち得る。

図4を参照すると、上部エンド・エフェクター36の例が示される。上部エンド・エフェクター36は、自動車のルーフ或いはルーフ支持部を少なくとも部分的に規定する上部サイド・エフェクター26のような少なくとも一つの車体構造体構成要素を受けるように構成され得る。上部エンド・エフェクター36は、フレーム50"、マニピュレータ・マウント52、一つ或いはそれ以上の数のクランプ54、一つ或いはそれ以上の数の位置決め器56、第二のドッキング機能部60'、及び、一つ或いはそれ以上の数のパッド62のような、他のエンド・エフェクターと同様の特徴を含み得る。

前述したように、一連のエンド・エフェクターが、第一サブセット及び第二サブセットに纏められ得る。各サブセットは少なくとも一つの部材を有する。例えば、第一サブセットは第一及び第二のエンド・エフェクター30、32を含む一方で、第二サブセットは後部エンド・エフェクター34及び上部エンド・エフェクター36を含み得る。もちろん本発明は、一連のエンド・エフェクターがこれとは異なる数のエンド・エフェクターを持ち得ること、そして、エンド・エフェクターからサブセットに纏めるのに、適切であれば如何なる方法でも使用され得ること、を企図している。

第一サブセットの部材は、第一の形式のドッキング・インターフェイス（interface）70を使用するベースドッキングユニット40と係合、若しくは、連結（interlock）するように構成され得る。第一の形式のドッキング接続部の例が、図5の(a)及び(b)に示される。例えば、ベースドッキングユニット40は、第一または第二側部エンド・エフェクター30、32上で第一ドッキング機能部58に係合するベースドッキング機能部72を含み得る。第一ドッキング機能部58及びベースドッキング機能部72は、雄構成（male configuration）、雌構成（female configuration）、或いは、その組み合わせのような、任意の互換構成を備え得る。図示される実施形態において、ベースドッキング機能部72は該してボール形状の雄構成を備える。一方、第一ドッキング機能部58はベースドッキング機能部72を受ける、概して球状のソケットを備える。ベースドッキングユニット40はまた、開位置と閉位置との間を駆動され得るアーム74を含む場合がある。図5の(a)に示すような閉位置において、アーム74は第一ドッキング機能部58の近くでエンド・エフェクターと当接し、それにより第一の形式のドッキング・インターフェイス70を一緒に保持する一助となる。図5の(b)に示すような開位置において、第一の形式のドッキング・インターフェイス70は開放され得る。

加えて、第一のサブセットの部材は、第二の形式のドッキング・インターフェイス80によって、第二のサブセットの部材と係合若しくは連結するように構成され得る。第二の形式のドッキング・インターフェイス80は、エンド・エフェクター同士の係合を簡単化するため、第一の形式のドッキング・インターフェイス70とは異なった構成を持ち得る。第二の形式のドッキング・インターフェイス80の例が図6に示される。例えば、第一及び/又は第二側部エンド・エフェクター30、32のようなエンド・エフェクターが第二ドッキング機能部60を含み得る一方、後部及び/又は上部エンド・エフェクター34、36は第三ドッキング機能部60'を含み得る。示されている実施形態において、第二ドッキング機能部60は該して円筒状の雄構成を持つ一方、第三ドッキング機能部60’は、第二ドッキング機能部60を受ける、側面が開いた雌ソケットを有する。第二の形式のドッキング機能部80は、少なくとも一つのエンド・エフェクターが、図6の(a)に示す非係合位置と図6の(b)に示す係合位置との間を、複数のエンド・ファクターが互いに挟み付けることなく直線的に移動することを可能とし得る。

図7を参照すると、本発明の装置を用いた車体構造体の組立方法が示される。最初に、この方法は、適切なエンド・エフェクターが対応するマニピュレータに係合されており、そして、夫々のエンド・エフェクターが無負荷状態（すなわち、夫々のエンド・エフェクターが車体構造体構成要素に係合していない）と仮定する。

ブロック100において、方法はエンド・エフェクターを適合する車体構造体構成要素に係合することにより開始する。例えば、夫々のマニピュレータが対応するエンド・エフェクターを車体構造体構成要素の近傍に置く。その後、夫々のエンド・エフェクター上のクランプが閉位置に駆動されて、車体構造体構成要素を掴み、そして、対応するエンド・エフェクターに固定する。

ブロック102において、一連のエンド・エフェクターの第一のサブセットに使用される一つ或いはそれ以上の数のマニピュレータが、関連するエンド・エフェクターを望ましい位置に移動させ得る。例えば、第一及び第二の側部エンド・エフェクター30、32に関連付けられるマニピュレータが、ベースドッキングユニット40をドッキング・インターフェイス70によって係合すべく動作し得る。そのようにして、これらのエンド・エフェクターに関連する車体構造体構成要素が、所望の位置に置かれ得る。

ブロック104において、一連のエンド・エフェクターの第二のサブセットに使用される一つ或いはそれ以上の数のマニピュレータが、対応するエンド・エフェクターを、第一のサブセットの一つ或いはそれ以上の数の部材に係合するように動かし得る。例えば、後部エンド・エフェクター34及び上部エンド・エフェクター36に使用されるマニピュレータの夫々が、ドッキング・インターフェイス80を介して第一及び第二側部エンド・エフェクター30、32と係合すべく動かされ得る。この工程が完了したとき、エンド・エフェクター及び対応する車体構造体構成要素は、後に続く組立操作にとって望ましい位置に置かれることになる。第二のサブセットの部材は、位置合わせと公差標準の簡素化のため、そして、エンド・エフェクターの解放が難しい位置への固定を避けるために、互いに係合しない。

ブロック106において、車体構造体構成要素上で、一つ或いはそれ以上の数の操作が実行され得る。例えば、一つ或いはそれ以上の数の組立操作が実行され、各車体構造体構成要素を少なくとも一つの他の車体構造体構成要素に連結される。これらの組立操作は、スポット溶接、ファスナー締結、及び/又は、接着剤塗布を含み得るがそれらには限定されない。加えて、車体構造物構成要素を互いに連結操作に関連しない別の組立操作が実行される場合がある。例えば、他の構成要素若しくは予備的組立体が取り付けられ、または、塗装操作が実行される場合もある。

操作が完了した後、各エンド・エフェクターのクランプが駆動されてエンド・エフェクターを車体構造体構成要素から解放し得る。解放された車体構造体はその後、図1に示すパレット・コンベア90のような運搬装置を使用するなど、任意の適切な方法によって別のステーションに移動させられる。その後、この方法の工程は、次の車体構造体を組立てるべく繰り返される。

本発明の最良の形態について詳述してきたが、本発明が関連する技術分野の当業者であれば、特許請求の範囲によって規定される発明を実行するために、種々の代替設計及び代替実施形態を認識するであろう。

車体構造体を組立てるための装置の斜視図である。第一のエンド・エフェクターの側視図である。第二のエンド・エフェクターの側視図である。第三のエンド・エフェクターの上視図である。第一のドッキング・インターフェイスの斜視図である。第二のドッキング・インターフェイスの斜視図である。本発明の装置を用いた、車体構造体の組立方法のフローチャートである。

12．車体構造体
20. 第一側部構造体
22. 第二側部構造体
24. 後部構造体
26. 上部構造体
28. 底部構造体
30. 第一の側部エンド・エフェクター
32. 第二の側部エンド・エフェクター
34. 後部エンド・エフェクター
36. 上部エンド・エフェクター
40. ベースドッキングユニット
54. クランプ
56. 位置決め器（locator）
58. 第一ドッキング機能部
60. 第二ドッキング機能部
M. マニピュレータ

Claims

車体構造体の組立方法であって、
一連のエンド・エフェクターを備える工程、
一連の車体構造体構成要素を備える工程、
上記一連のエンド・エフェクターの各部材を、上記一連の車体構造体構成要素の異なる部材に係合する工程、
上記一連のエンド・エフェクターの第一のサブセットを位置決めする工程、
上記第一のサブセットの位置決めの後に、上記エンド・エフェクターの第二のサブセットを位置決めする工程、
上記第二のサブセットの部材を上記第一のサブセットの部材の少なくとも一つに係合させる工程、及び、
上記複数の車体構造体構成要素を連結すべく組立操作を実行する工程、を有する方法。
上記第二のサブセットの部材の少なくとも一つを、上記第一のサブセットの部材の一つ以上に係合させる、請求項1に記載の方法。
上記第一のサブセットの各部材を上記第二のサブセットの各部材に異なる位置で係合させる、請求項1又は2に記載の方法。
上記第二のサブセットのいずれも、当該第二のサブセットの別の部材に係合しない、請求項1乃至3の何れか一つに記載の方法。
上記第一のサブセットの複数の部材が互いに対向して置かれる、請求項1乃至4の何れか一つに記載の方法。
上記第一のサブセットが、左側部エンド・エフェクターと右側部エンド・エフェクターを含み、それぞれが左側部車体構造体と右側部車体構造体を受ける、請求項1乃至5の何れか一つに記載の方法。
上記第二のサブセットが、上部エンド・エフェクターと後部エンド・エフェクターを含み、それぞれが上部車体構造体と後部車体構造体を受ける、請求項1乃至6の何れか一つに記載の方法。
上記一連のエンド・エフェクターの第一のサブセットを位置決めする工程が、
一連のベースドッキングユニットを準備し、そして、上記第一のサブセットの各部材を上記一連のベースドッキングユニットの部材に係合させる工程を更に有する、請求項1乃至7の何れか一つに記載の方法。
上記一連のエンド・エフェクターの上記第一のサブセットの部材が、互いに異なる第一及び第二の形式のドッキング・インターフェイスを含み、それぞれが、上記一連のベースドッキングユニットの部材と、上記エンド・エフェクターの上記第二のサブセットの部材に係合する、請求項8に記載の方法。
上記一連のエンド・エフェクターが異なるロボット・マニピュレータ上に配設される、請求項1乃至9の何れか一つに記載の方法。