JP2009214701A - ドア取り外しシステム - Google Patents

Abstract

【課題】占有スペースを削減でき、かつ、コストを低減して、サイクルタイムを短縮できるドア取り外しシステムを提供すること。
【解決手段】ドア取り外しシステム１は、自動車のボディ１０にボルト１２で固定されたドア１１を、このボディ１０から取り外す。このドア取り外しシステム１は、ドア１１を上下から挟持する双腕ロボット２０と、ボルト１２を取り外す単腕ロボット３０と、これらを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、双腕ロボット２０の一対のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂでドア１１を上下から挟持し、この状態で、単腕ロボット３０でボルト１２を取り外し、その後、双腕ロボット２０でドア１１を搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドア取り外しシステムに関する。詳しくは、自動車のドアを取り外すドア取り外しシステムに関する。

従来より、自動車の製造工程では、ボディにボルトでドアを仮固定しておき、この状態で塗装を行っている。その後、このボルトを取り外し、ドアを把持して搬送することで、ドアをボディから取り外し、ボディとドアとを別々のラインで組み立てる。
ここで、ドアをボディから取り外すラインでは、例えば、ボディの両側に位置しナットランナを備えた２台の第１ロボットと、ボディの両側に位置しドアを把持する２台の第２ロボットと、を備えるドア取り外し装置が用いられる（特許文献１参照）。このドア取り外し装置では、ドアを開いた状態で、第１ロボットのナットランナでボルト緩めてドアとボディとの連結を解除し、その後、第２ロボットでドアを把持して、ドアを搬送する。
ここで、第２ロボットは、単腕ロボットであり、この第２ロボットには、１枚のドアを把持するための専用のドア把持ハンドが取り付けられる。このドア把持ハンドの構造は、ドアの形状や構造に応じて、機種毎に異なっている（特許文献１参照）。
特開平９−１０３９２５号公報

しかしながら、１枚のドアを１つの単腕ロボットで支持して搬送するため、ロボットが大型化し、ロボットが占有する占有スペースが大きくなるうえに、ロボットの汎用性が低下する、という問題があった。
また、多機種を生産するラインでは、機種毎にドアの形状や構造が異なるため、複数種類の治具が必要になり、コストが上昇する、という問題があった。さらに、製造ラインで製造する機種が変更されるたびに、把持治具を交換したり調整したりすることになり、サイクルタイムが長期化する、という問題があった。

本発明は、占有スペースを削減でき、かつ、コストを低減して、サイクルタイムを短縮できるドア取り外しシステムを提供することを目的とする。

本発明のドア取り外しシステム（例えば、後述のドア取り外しシステム１）は、自動車のボディ（例えば、後述のボディ１０）にボルト（例えば、後述のボルト１２）で固定されたドア（例えば、後述のドア１１）を、当該ボディから取り外すドア取り外しシステムであって、前記ドアを上下から挟持する双腕ロボット（例えば、後述の双腕ロボット２０）と、前記ボルトを取り外す単腕ロボット（例えば、後述の単腕ロボット３０）と、これらを制御する制御手段（例えば、後述の制御装置４０）と、を備え、前記制御手段は、前記双腕ロボットの一対のマニピュレータ（例えば、後述のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂ）で前記ドアを上下から挟持し、この状態で、前記単腕ロボットで前記ボルトを取り外し、その後、前記双腕ロボットでドアを搬送することを特徴とする。

この発明によれば、１枚のドアを双腕ロボットの一対のマニピュレータで挟持して搬送するため、従来のように単腕で把持する場合に比べて、システムを小型化できる。よって、システムの占有スペースを削減できるうえに、ロボットの汎用性を向上できる。
また、双腕ロボットでドアを上下から挟持することによりドアを把持したので、機種毎にドアの形状や構造が異なっても、双腕ロボットに取り付ける把持治具は、ドアを挟み込むことができる構造であればよい。したがって、把持治具を簡素な構造にすることができ、コストを低減できる。また、把持治具を交換したり調整したりする回数を低減して、サイクルタイムを短縮できる。

本発明によれば、１枚のドアを双腕ロボットの一対のマニピュレータで挟持して搬送するため、従来のように単腕で把持する場合に比べて、システムを小型化できる。よって、システムの占有スペースを削減できるうえに、ロボットの汎用性を向上できる。
また、双腕ロボットでドアを上下から挟持することによりドアを把持したので、機種毎にドアの形状や構造が異なっても、双腕ロボットに取り付ける把持治具は、ドアを挟み込むことができる構造であればよい。したがって、把持治具を簡素な構造にすることができ、コストを低減できる。また、把持治具を交換したり調整したりする回数を低減して、サイクルタイムを短縮できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るドア取り外しシステム１の斜視図である。
ドア取り外しシステム１は、自動車のボディ１０にボルト１２で仮固定されたドア１１を、このボディ１０から取り外すものである。このドア取り外しシステム１は、ドア１１を上下から挟持する双腕ロボット２０と、ボルト１２を取り外す単腕ロボット３０と、これらを制御する制御手段としての制御装置４０（図３参照）と、を備える。

自動車のボディ１０には、上下一対のヒンジ部材１３、１４を介して、ドア１１が取り付けられる。
一対のヒンジ部材１３、１４は、それぞれ、ボディ１０に固定されるとともに、１本のボルト１２でドア１１の長さ方向一端側の端面に仮固定されている。
このドア１１は、インナパネル１５とアウタパネル１６とを接合して形成される。
インナパネル１５は、略平板矩形状のパネル本体１５１と、このパネル本体１５１の上端に設けられた略コの字形状のフレーム部１５２と、を備える。フレーム部１５２とパネル本体１５１の上辺とで囲まれた領域は、図示しない窓ガラスが露出する開口となっている。
アウタパネル１６は、インナパネル１５のパネル本体１５１の外側に取り付けられる。アウタパネル１６の上辺とインナパネル１５のパネル本体１５１の上辺との間には、窓ガラスを収容するための隙間が形成されている。

双腕ロボット２０は、ロボット本体２１と、このロボット本体２１を挟んで設けられた第１マニピュレータ２２Ａおよび第２マニピュレータ２２Ｂと、を備える。
マニピュレータ２２Ａ、２２Ｂは、７軸であり、ロボット本体２１に軸支されるアーム２３Ａ、２３Ｂと、これらアーム２３Ａ、２３Ｂの先端フランジ面２４Ａ、２４Ｂに軸支された第１把持治具５０および第２把持治具６０と、を備える。

ロボット本体２１は、床面に対して所定方向にスライド可能なスライド部２１１と、このスライド部２１１に略鉛直方向を旋回軸２１３として旋回可能な旋回部２１２とを備える。

スライド部２１１は、自動車のボディ１０の搬送方向すなわち図１中矢印Ａ方向と、この自動車のボディ１０の搬送方向に交差する方向すなわち図１中矢印Ｂ方向と、にスライド可能となっている。
このスライド部２１１には、この旋回軸２１３に作用するトルクを検出するトルクセンサ２１４が設けられている。トルクセンサ２１４は、具体的には、旋回軸２１３を駆動するモータの回転軸に作用するトルクを検出する。

旋回部２１２には、マニピュレータ２２Ａ、２２Ｂに鉛直方向に作用する荷重を検出する荷重センサ２１５Ａ、２１５Ｂが設けられている。

アーム２３Ａ、２３Ｂは、ロボット本体２１側から順に、第１腕部２３１、第２腕部２３２、第３腕部２３３、第４腕部２３４、第５腕部２３５、および、第６腕部２３６を備える。

第１腕部２３１は、略直線状に延出しており、ロボット本体２１に軸支される。ロボット本体２１は、略水平方向に延びる回転軸２１６を回転中心として、第１腕部２３１を回転させる。
アーム２３Ａの第１腕部２３１の回転軸２１６と、アーム２３Ｂの第１腕部２３１の回転軸２１６とは、同一直線上に位置している。
上述の荷重センサ２１５Ａ、２１５Ｂは、これら回転軸２１６を駆動するモータの回転軸に作用するトルクを検出する。

第２腕部２３２は、略直線状に延出しており、第１腕部２３１に軸支される。第１腕部２３１は、図示しない駆動機構により、第１腕部２３１の延出方向に交差する方向を回転中心として、第２腕部２３２を回転させる。これにより、第１腕部２３１の延出方向と第２腕部２３２の延出方向との成す角度が変化する。
第３腕部２３３は、略直線状に延出しており、第２腕部２３２に軸支される。第２腕部２３２は、図示しない駆動機構により、第２腕部２３２の延出方向を回転中心として、第３腕部２３３を回転させる。

第４腕部２３４は、略直線状に延出しており、第３腕部２３３に軸支される。第３腕部２３３は、図示しない駆動機構により、第３腕部２３３の延出方向に交差する方向を回転中心として、第４腕部２３４を回転させる。これにより、第３腕部２３３の延出方向と第４腕部２３４の延出方向との成す角度が変化する。
第５腕部２３５は、略直線状に延出しており、第４腕部２３４に軸支される。第４腕部２３４は、図示しない駆動機構により、第４腕部２３４の延出方向を回転中心として、第５腕部２３５を回転させる。

第６腕部２３６は、略直線状に延出しており、第５腕部２３５に軸支される。第５腕部２３５は、図示しない駆動機構により、第５腕部２３５の延出方向に交差する方向を回転中心として、第６腕部２３６を回転させる。これにより、第５腕部２３５の延出方向と第６腕部２３６の延出方向との成す角度が変化する。

第１把持治具５０および第２把持治具６０は、アーム２３Ａ、２３Ｂの先端フランジ面２４Ａ、２４Ｂで第６腕部２３６に軸支される。第６腕部２３６は、図示しない駆動機構により、第６腕部２３６の延出方向を回転中心として、第１把持治具５０および第２把持治具６０を回転させる。

図２（ａ）は、第１把持治具５０の斜視図である。
第１把持治具５０は、アーム２３Ａの先端フランジ面２４Ａに取り付けられた支持部５１と、この支持部５１に支持される略コの字形状の係止部５２と、図示しないレーザ測定装置と、を備える。

係止部５２は、アーム２３Ａの先端フランジ面２４Ａに取り付けられたフレーム５３と、このフレーム５３の表面に設けられたウレタン製の緩衝部５４と、フレーム５３に設けられて緩衝部５４から突出するドア開けピン５５と、を備える。

フレーム５３は、略Ｌ字形状であり、先端フランジ面２４Ａに略平行に延出する板状の第１フレーム５３１と、この第１フレーム５３１の一端側に設けられて第１フレーム５３１に対して略直交方向に延出する板状の第２フレーム５３２と、を備える。

緩衝部５４は、第１フレーム５３１の内側の表面に沿って設けられた第１緩衝部５４１と、第２フレーム５３２の内側の表面に沿って設けられた第２緩衝部５４２と、この第２緩衝部５４２の先端側に設けられて第１緩衝部５４１に対向するように延出する第３緩衝部５４３と、を備える。
ドア開けピン５５は、第２フレーム５３２に設けられ、第２緩衝部５４２の表面から突出している。

図２（ｂ）は、第２把持治具６０の斜視図である。
第２把持治具６０は、アーム２３Ｂの先端フランジ面２４Ｂに取り付けられた支持部６１と、この支持部６１の両端側に支持された互いに略平行な一対の略Ｌ字形状の係止部６２と、を備える。
この係止部６２は、それぞれ、第１把持治具５０の係止部５２と同様の構成であるが、ドア開けピンが設けられていない点が異なる。

図１に戻って、単腕ロボット３０は、ロボット本体３１と、このロボット本体３１に設けられた１本のマニピュレータ３２と、を備える。
マニピュレータ３２は、７軸であり、ロボット本体３１に設けられたアーム３３と、このアーム３３の先端にナットランナ支持具７０を介して支持されたナットランナ７１と、を備える。
単腕ロボット３０のロボット本体３１およびアーム３３は、双腕ロボット２０のロボット本体３１およびアーム２３Ａ、２３Ｂと同様の構成であるが、単腕ロボット３０のスライド部２１１は、図１中矢印Ａ方向にのみスライド可能である点が、双腕ロボット２０のスライド部２１１と異なる。

図３は、制御装置４０の概略構成を示すブロック図である。
制御装置４０は、双腕ロボット２０のマニピュレータ２２Ａでドア１１を開けるドア開け部４１と、双腕ロボット２０のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂでドア１１を上下から挟持するドア挟持部４２と、単腕ロボット３０でボルト１２を取り外すボルト取り外し部４３と、双腕ロボット２０でドア１１を搬送するドア搬送部４４と、を備える。

ドア開け部４１は、マニピュレータ２２Ａの第１把持治具５０のドア開けピン５５を、ドア１１のアウタパネル１６とインナパネル１５との隙間に挿入して、このドア１１をボディ１０の外側に向かって引くことで、ドア１１が開く。

ドア挟持部４２は、マニピュレータ２２Ａの第１把持治具５０と、マニピュレータ２２Ｂの第２把持治具６０とで、ドア１１を上下から挟持する。ドア１１を挟持する際、図示しない力覚センサによりマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂに作用する反力を検出し、この検出した反力に基づいて、マニピュレータ２２Ａ、２２Ｂをフィードバック制御する。

ボルト取り外し部４３は、単腕ロボット３０を制御して、ボルト１２にナットランナ７１のソケットを嵌合し、このナットランナ７１を駆動することで、ボルト１２を取り外す。ここで、ボルト取り外し部４３は、上下一対のボルト１２のうち、上側のボルト１２を緩めて取り外した後、下側のボルト１２を緩めて取り外す。

ドア搬送部４４は、荷重センサ２１５Ｂにより、一対のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂのうちドア１１の下側を支持する方、ここではマニピュレータ２２Ｂにかかる荷重を検出する。
具体的には、マニピュレータ２２Ｂについて回転軸２１６以外の回転軸をロックしておき、荷重センサ２１５Ｂにより、マニピュレータ２２Ｂの回転軸２１６を駆動するモータに作用するトルクを検出する。なお、本実施形態では、荷重センサ２１５Ｂにより回転軸２１６に作用するトルクを検出したが、これに限らず、回転軸２１６を駆動するモータの電流値に基づいて、この回転軸２１６に作用するトルクを算出してもよい。
そして、この検出した荷重が所定値以上である場合にのみ、ロボット本体２１の旋回軸２１３の旋回を開始して、一対のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂでドア１１の搬送を開始する。

また、双腕ロボット２０の旋回軸２１３を旋回させる際、トルクセンサ２１４により旋回軸２１３に作用するトルクを検出し、この検出したトルクが所定値以上である場合には、双腕ロボット２０の旋回を停止する。なお、本実施形態では、トルクセンサにより旋回軸２１３に作用するトルクを検出したが、これに限らず、旋回軸２１３を駆動するモータの電流値に基づいて、この旋回軸２１３に作用するトルクを算出してもよい。

以下、ドア取り外しシステム１の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ボディ１０がライン上を搬送され、ドア取り外しシステム１に供給される。この状態では、ドア１１は閉じた状態である。

まず、ＳＴ１０では、単腕ロボット３０は、原位置に位置している。
ＳＴ１１では、単腕ロボット３０のスライド部２１１をスライドさせて、ドア１１の開閉範囲の外側にマニピュレータ３２を移動させ、ＳＴ１２では、この単腕ロボット３０を待機させる。

一方、ＳＴ０では、双腕ロボット２０は、原位置に位置している。
ＳＴ１では、双腕ロボット２０のスライド部２１１をスライドさせて、ドア１１を把持する位置にマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂを移動させる。
ＳＴ２では、双腕ロボット２０の第１マニピュレータ２２Ａに設けられた図示しないレーザ測定装置により、ドア１１の位置を測定する。

ＳＴ３では、測定したドアの位置に基づいて、予めティーチングされた動作を補正して、双腕ロボット２０の第１マニピュレータ２２Ａによりドア１１を開ける。
具体的には、図５に示すように、第１マニピュレータ２２Ａを駆動して、第１把持治具５０のドア開けピン５５を、ドア１１のアウタパネル１６の上辺とインナパネル１５のパネル本体１５１の上辺との隙間に挿入するとともに、係止部５２の第３緩衝部５４３をインナパネル１５のパネル本体１５１の上辺に係止させて、このドア１１をボディ１０の外側に向かって引く。すると、ドア１１が開いて、ドア１１の下辺が露出する。

ＳＴ４では、測定したドア１１の位置に基づいて、双腕ロボット２０の第１マニピュレータ２２Ａおよび第２マニピュレータ２２Ｂにより、ドア１１を把持する。
具体的には、図６に示すように、第２マニピュレータ２２Ｂを駆動して、第２把持治具６０の係止部６２の第３緩衝部５４３をドア１１の下辺に係止させるとともに、係止部６２の第２緩衝部５４２でドア１１の下辺を支持する。この状態では、第１把持治具５０の緩衝部５４と、第２把持治具６０の緩衝部５４とは、ドア１１を上下に挟んで互いに対向した状態である。この状態から、第１把持治具５０と第２把持治具６０とを接近させることで、第１マニピュレータ２２Ａおよび第２マニピュレータ２２Ｂによりドア１１を挟持する。

ＳＴ５では、双腕ロボット２０の第１マニピュレータ２２Ａおよび第２マニピュレータ２２Ｂによりドア１１を把持した状態で、この双腕ロボット２０を待機させる。

一方、ＳＴ１３では、双腕ロボット２０によりドア１１が把持された後、単腕ロボット３０のスライド部２１１をスライドさせて、ボルト１２を緩める位置にマニピュレータ３２を移動させる。

ＳＴ１４では、測定したドア１１の位置に基づいて、図７に示すように、ナットランナ７１のソケットをヒンジ部材１３、１４のボルト１２に嵌合させ、ナットランナ７１を駆動して、上下のボルト１２を緩めて取り外す。ここで、上側のヒンジ部材１３のボルト１２、下側のヒンジ部材１４のボルト１２の順に取り外す。
具体的には、図８に示すように、まず、ナットランナ７１のソケットをボルト１２に嵌合させる。その後、図７中矢印で示すように、ナットランナ７１のソケット７１１の回転軸Ｃを中心としてアーム３３を回動させることにより、ボルト１２の締め付けトルクのうち高トルク範囲を弛緩させ、その後、ナットランナ７１を駆動して、ボルト１２の締め付けトルクのうち低トルク範囲を弛緩させる。このようにして、図９に示すように、ボルト１２を取り外す。

ＳＴ１５では、双腕ロボット２０によるドア１１の搬送経路の外側に、単腕ロボット３０のマニピュレータ３２を移動させ、ＳＴ１６では、単腕ロボット３０のスライド部２１１をスライドさせて、原位置に戻る。

一方、ＳＴ６では、ボルトが外れたか否かを判定する。ここで、荷重センサ２１５Ｂにより第２マニピュレータ２２Ｂに作用する荷重を検出し、この検出した荷重が所定値以上である場合、ドアとボディとの連結が解除されたと判定する。この判定がＮＯの場合、ＳＴ５に戻り、ＹＥＳの場合、ＳＴ７に移る。

ＳＴ７では、図１０に示すように、双腕ロボット２０の旋回軸２１３を旋回させるとともに、双腕ロボット２０のスライド部２１１を図１０中矢印方向Ｂにスライドさせて、双腕ロボット２０によりドア１１を搬送する。
ここで、双腕ロボット２０の旋回軸２１３を旋回させる際、トルクセンサ２１４により旋回軸２１３に作用するトルクを検出し、この検出したトルクが所定値以上である場合には、双腕ロボット２０の旋回を停止する。
ＳＴ８では、双腕ロボット２０によりこのドア１１をパレットに載置し、ＳＴ９では、双腕ロボット２０のスライド部２１１をスライドさせて、原位置に戻る。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）１枚のドア１１を双腕ロボット２０の一対のマニピュレータ２２Ａ、２２Ｂで挟持して搬送するため、従来のように単腕で把持する場合に比べて、ドア取り付けシステム１を小型化できる。よって、ドア取り付けシステム１の占有スペースを削減できるうえに、ロボット２０、３０汎用性を向上できる。
また、双腕ロボット２０でドア１１を上下から挟持することによりドア１１を把持したので、機種毎にドアの形状や構造が異なっても、双腕ロボット２０に取り付ける把持治具は、ドアを挟み込むことができる構造であればよい。したがって、第１把持治具５０および第２把持治具６０のように、把持治具を簡素な構造にすることができ、コストを低減できる。また、把持治具を交換したり調整したりする回数を低減して、サイクルタイムを短縮できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係るドア取り外しシステムの斜視図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの第１把持治具および第２把持治具の斜視図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの制御手段の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの動作のフローチャートである。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの第１把持治具をドアに係止した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの双腕ロボットでドアを把持した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの単腕ロボットでボルトを取り外している状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係る単腕ロボットのナットランナでボルトを取り外す前の状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係る単腕ロボットのナットランナでボルトを取り外した後の状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るドア取り外しシステムの双腕ロボットでドアを搬送している状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ ドア取り外しシステム
１０ ボディ
１１ ドア
１２ ボルト
２０ 双腕ロボット
２２Ａ 第１マニピュレータ
２２Ｂ 第２マニピュレータ
３０ 単腕ロボット
４０ 制御装置（制御手段）
２１３ 旋回軸

Claims (1)

1. 自動車のボディにボルトで固定されたドアを、当該ボディから取り外すドア取り外しシステムであって、
   前記ドアを上下から挟持する双腕ロボットと、前記ボルトを取り外す単腕ロボットと、これらを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記双腕ロボットの一対のマニピュレータで前記ドアを上下から挟持し、この状態で、前記単腕ロボットで前記ボルトを取り外し、その後、前記双腕ロボットでドアを搬送することを特徴とするドア取り外しシステム。
   
   
   

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