JP2015147279A

JP2015147279A - 組立補助治具の設置方法

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Publication number: JP2015147279A
Application number: JP2014022357A
Authority: JP
Inventors: 洋平川口; Yohei Kawaguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20

Abstract

【課題】組立補助治具を位置決め及び姿勢決めする駆動機構を用いなくても、簡単に組立補助治具を位置決め及び姿勢決めすることができる組立補助治具の設置方法を提供する。【解決手段】組立補助治具６００の設置方法であって、まず、組立補助治具６００を設置すべき設計上の設置座標Ｐ０に組立補助治具６００を移動させる、ロボットアーム２０１の各関節の目標角度を求める。ロボットハンド２０２に組立補助治具６００を把持させる。次に、ロボットアーム２０１の各関節の角度が目標角度となるように、ロボットアーム２０１の各関節を駆動して、ロボットアーム２０１を動作させる。組立補助治具６００の実際の位置及び姿勢を維持した状態で、組立補助治具６００を架台５００上の固定部材７０２に接着剤７０１で固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、組立ロボットにより組立作業する際にワークを支持する組立補助治具の設置方法に関する。

従来、組立ロボットと、組立ロボットを制御する制御装置とを備え、部品組立を行う組立装置では、組立用ワークの位置再現性を保証し組立を補助するために、組立補助治具が使用されている。

組立補助治具は、第１ワークと、第１ワークに組合せられる第２ワークとの組立時のガイドとなる役割を果たす治具であり、組立精度や再現性が要求される工程において使用される。

しかし、組立ロボットが、組立補助治具を使用して組立作業をする際に、制御装置に設定されている組立補助治具の設計上の設置座標（位置及び姿勢）と、組立補助治具の実際の設置座標との差が大きいと、精度の良い組立を実現できない。そのため、組立補助治具の設計上の設置座標に実際の設置座標を合わせるために、組立補助治具の設置後に作業者が組立ロボットを動作させ、設計上の組立補助治具の設置座標に実際の組立補助治具の設置座標を近づけて再設定する実機調整作業が行われる。この実機調整作業は、作業者にとって煩雑であり、かつ多大な時間を要するために、簡略化することが望まれていた。

これに対し特許文献１では、組立補助治具としての部品保持台に、平面方向に自由に移動できるスライダと、設置台の傾き検知手段と、傾き補正用のアクチュエータとを設ける方法を提案している。この方法によれば、組立ロボットが部品を組み付ける際に、部品保持台の平面方向のずれをスライダで受動的に補正し、検知手段で検知した傾きをアクチュエータで能動的に補正することができるので、作業者による実機調整作業を不要とすることができる。

特開２０１０−２１４５１４号公報

しかし、従来の方法では、組立補助治具の平面方向のずれや傾きを補正するために、組立補助治具を設置した台に対して、傾きを補正するアクチュエータ等の駆動機構が必要となり、また、その駆動機構を設置するためのスペースが必要であった。更に、組立ロボットを制御するロボット制御装置の他に、駆動機構を制御するための制御装置を付加しなければなかった。そのため、制御が複雑化するという問題があった。

そこで、本発明は、組立補助治具を位置決め及び姿勢決めする駆動機構を用いなくても、簡単に組立補助治具を位置決め及び姿勢決めすることができる組立補助治具の設置方法を提供することを目的とする。

本発明は、多関節のロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられたロボットハンドと、を有する組立ロボットが、架台に設置された組立補助治具にワークを支持させて行う組立作業に用いる組立補助治具の設置方法であって、前記組立補助治具を設置すべき設計上の位置及び姿勢に、前記ロボットハンドに把持させたとする前記組立補助治具を移動させる、前記ロボットアームの各関節の目標角度を求める演算工程と、前記ロボットハンドに前記組立補助治具を把持させる把持工程と、前記把持工程にて前記ロボットハンドに前記組立補助治具を把持させた状態で、前記ロボットアームの各関節の角度が目標角度となるように、前記ロボットアームの各関節を駆動して、前記ロボットアームを動作させる動作工程と、前記動作工程にて前記ロボットアームを動作させたときの前記組立補助治具の実際の位置及び姿勢を維持した状態で、前記組立補助治具を前記架台に固定する固定工程と、を備え、前記架台に対して前記組立補助治具を設置することを特徴とする。

本発明によれば、複雑な駆動機構を用いなくても、簡単に組立補助治具を位置決め及び姿勢決めすることができる。よって、駆動機構が不要となり、駆動機構を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。また、駆動機構が不要となるので、駆動機構を制御する制御装置も不要となり、制御を簡略化することができる。

第１実施形態に係る組立装置の概略構成を示す説明図である。ロボットアームの関節駆動部を示す部分断面図である。架台の上面に固定された組立補助治具を用いて、複数のワークを組み立てた状態を示す模式図である。第１実施形態に係る組立補助治具の設置方法によって設置された状態を示す模式図である。第１実施形態に係る組立補助治具の設置方法を示すフローチャートである。組立補助治具と把持爪の位置関係を高精度に合わせるための組立補助治具及びロボットハンドを示す模式図である。ロボットハンドが把持している組立補助治具の座標を、設置座標に近づける動作を説明するための模式図である。第２実施形態に係る組立装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る組立装置の概略構成を示す説明図である。組立装置１００は、組立ロボット２００、駆動制御手段であるロボット制御装置（以下、「制御装置」という）３００、及びオフライン教示装置としてのオフラインＰＣ４００を備えている。また、組立装置１００は、架台５００、組立補助治具６００、接着剤７０１、固定部材７０２及びＵＶ光照射装置７０３を備えている。

組立ロボット２００は、垂直多関節型のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端（先端リンク）に取り付けられたロボットハンド２０２とを有し、部品組立を行う組立作業に使用されるロボットである。

ロボットアーム２０１は、架台５００の上面（固定面）５０１に固定された、ロボットアーム２０１の基端を構成するベース部と、変位や力を伝達する複数のリンクと、が複数の関節で旋回（屈曲）又は回転可能に連結されてなる。

具体的に説明すると、ロボットアーム２０１の基端は、架台５００の上面５０１に対し、ねじ２０４にて締結され、位置ずれを生じないように架台５００の上面５０１に固定されている。

基準座標系であるロボット座標系（ベース座標系ともいう）Σ_０は、ロボットアーム２０１の設置面側から見て一番目の関節軸の回転中心とロボットアーム２０１の設置面が交わる位置をロボット座標系Σ_０の原点Ｏとしている。そして、ロボット座標系Σ_０は、ロボットアーム２０１の前方向を正としたＸ軸、ロボットアーム２０１の左方向を正としたＹ軸、ロボットアーム２０１の上方向を正としたＺ軸、各軸の右回りを正としたｔＸ軸、ｔＹ軸、ｔＺ軸で定義される。

ロボットアーム２０１は、ロボットアーム２０１の各関節に対して設けられ、各関節それぞれを駆動する複数の関節駆動部２３０を有している。

図２は、ロボットアーム２０１の関節駆動部２３０を示す部分断面図である。便宜上、一つの関節のみの関節駆動部２３０を図示し、他の関節は図示を省略しているが、他の関節にも、同様の構成の関節駆動部２３０が配置されている。

関節駆動部２３０は、電動モータである回転モータ（以下、「モータ」という）２３１と、モータ２３１の回転軸２３２の回転を減速する減速機２３３と、を有している。

また、関節駆動部２３０は、モータ２３１の回転軸２３２及び減速機２３３の入力軸のうちいずれか一方の軸、第１実施形態ではモータ２３１の回転軸２３２の回転角度を検出する入力側角度検出部である入力側エンコーダ２３５を有している。また、関節駆動部２３０は、減速機２３３の出力軸の回転角度を検出する出力側角度検出部である出力側エンコーダ２３６を有している。

モータ２３１は、サーボモータであり、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。

入力側エンコーダ２３５は、アブソリュート型のロータリーエンコーダが望ましく、１回転の絶対角度エンコーダ、絶対角度エンコーダの回転総数のカウンタ、及びカウンタに電力を供給するバックアップ電池を有して構成される。ロボットアーム２０１への電源の供給がオフになっても、このバックアップ電池が有効であれば、ロボットアーム２０１への電源供給のオン／オフに関係なく、カウンタにおいて回転総数が保持される。したがって、ロボットアーム２０１の姿勢が制御可能となる。なお、入力側エンコーダ２３５は、回転軸２３２に取り付けられているが、減速機２３３の入力軸に取り付けてもよい。

出力側エンコーダ２３６は、隣り合う２つのリンク間の相対角度を検出するロータリーエンコーダである。図２の例においては、出力側エンコーダ２３６は、リンク２１１とリンク２１２との間の相対角度を検出するロータリーエンコーダである。出力側エンコーダ２３６は、リンク２１１にエンコーダスケールを設け、リンク２１２に検出ヘッドを設けた構成、或いは逆の構成となる。

また、リンク２１１とリンク２１２とは、クロスローラベアリング２３７を介して回転自由に結合される。

モータ２３１は、モータカバー２３８で覆われて保護されている。モータ２３１とエンコーダ２３５との間には、不図示のブレーキユニットが設けられている。ブレーキユニットの主な機能は、電源オフ時のロボットアーム２０１の姿勢の保持である。

減速機２３３は、小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機である。減速機２３３は、モータ２３１の回転軸２３２に結合された、入力軸であるウェブジェネレータ２４１と、リンク２１２に固定された、出力軸であるサーキュラスプライン２４２と、を備えている。なお、サーキュラスプライン２４２は、リンク２１２に直結されているが、リンク２１２に一体に形成されていてもよい。

また、減速機２３３は、ウェブジェネレータ２４１とサーキュラスプライン２４２との間に配置され、リンク２１１に固定されたフレクスプライン２４３を備えている。フレクスプライン２４３は、ウェブジェネレータ２４１の回転に対して減速比Ｎで減速され、サーキュラスプライン２４２に対して相対的に回転する。従って、モータ２３１の回転軸２３２の回転は、減速機２３３で１／Ｎの減速比で減速されて、フレクスプライン２４３が固定されたリンク２１１に対してサーキュラスプライン２４２が固定されたリンク２１２を相対的に回転運動させる。これにより、ロボットアーム２０１の各関節を屈曲（旋回）又は回転させる。

なお、第１実施形態では、各角度検出部が、ロータリーエンコーダである場合について説明するが、ロータリーエンコーダに限定するものではなく、各軸の回転角度を検出できるものであれば、いかなるものでもよく、例えばレゾルバ等を用いてもよい。

また、第１実施形態では、減速機２３３が波動歯車減速機である場合について説明するが、波動歯車減速機に限定するものではない。波動歯車減速機以外の減速機であって、出力軸にトルクが作用した際に弾性変形等により出力軸が変位する減速機であれば本発明は適用可能である。

また、第１実施形態では、回転モータ２３１の駆動力を減速機２３３へ直接伝達する場合について説明したが、これに限定するものではない。間接的に伝達する手段、例えば回転モータ２３１の回転軸２３２の回転を、減速機２３３の入力軸にベルトで伝達する場合であってもよい。この場合、入力側エンコーダ２３５は、回転モータ２３１の回転軸２３２又は減速機２３３の入力軸のどちらの回転角度を検出するようにしてもよい。

図１に示すロボットハンド２０２は、部品等の把持、把持解放をする複数（例えば３つ）の把持爪２５１と、把持爪２５１を開閉駆動する駆動機構部２５２とを有し、把持爪２５１の開き量が調整可能に構成されている。

駆動機構部２５２は、円柱状の形状をしており、一方の端面がロボットアーム２０１に取り付け可能となっている。駆動機構部２５２の他方の端面には、複数の把持爪２５１が、駆動機構部２５２の中心軸を中心に、等角度間隔（例えば１２０度間隔）で回転対称に配置されている。

駆動機構部２５２は、図示は省略するが、駆動機構部２５２の中心軸に対して各把持爪２５１を半径方向の内側及び外側に動作させる複数（例えば３つ）のスライダ機構を有している。また、駆動機構部２５２は、スライダ機構を動作させる不図示のアクチュエータとエンコーダとを有している。

制御装置３００は、スライダ機構の動作位置を制御することで、把持爪２５１の半径方向の動作位置、即ちロボットハンド２０２による把持物の把持及び把持解放を制御する。また、制御装置３００は、ロボットアーム２０１の各関節の角度（旋回角度又は回転角度）、即ちロボットアーム２０１の動作（位置及び姿勢）を制御する。

制御装置３００は、演算部３１１と、演算部３１１による算出結果を記憶（格納）する記憶部３１２と、を有する。演算部３１１は、位置・姿勢設定部３０１、モータ目標位置設定部３０２及び駆動指令部３０３としての機能を有する。演算部３１１は、ＣＰＵ（中央演算装置）で構成され、プログラムを実行することにより、各部３０１〜３０３として機能してもよいし、各部３０１〜３０３として機能する専用のＬＳＩで構成されていてもよく、また、これらの組み合わせでもよい。記憶部３１２は、例えば、書き換え可能な不揮発性メモリや、ＨＤＤ等の記憶装置である。

位置・姿勢設定部３０１は、オフラインＰＣ４００から、ロボット座標系Σ_０を基準とし、組立補助治具６００を設置すべき設計上の設置座標（位置及び姿勢）Ｐ_０を取り込む。位置・姿勢設定部３０１は、取り込んだ設置座標Ｐ_０に基づき、ロボット座標系Σ_０を基準とするロボットアーム２０１の先端の目標座標（目標位置及び目標姿勢）を算出する。位置・姿勢設定部３０１は、ロボットアーム２０１の先端の取るべき目標座標に基づき、ロボットアーム２０１の各関節の目標角度を算出する。

モータ目標位置設定部３０２は、ロボットアーム２０１の各関節の目標角度に基づいて、モータ２３１の目標位置（目標角度）を算出する。

駆動指令部３０３は、各関節の関節駆動部２３０のモータ２３１の目標位置に基づいて、各関節のモータ２３１を駆動する駆動回路（不図示）に駆動指令を送る。不図示の駆動回路は、駆動指令に応じた電流をモータ２３１に出力して、モータ２３１を回転させる。これにより、ロボットアーム２０１の各関節が駆動される。

組立補助治具６００は、組立ロボット２００が組立を補助するために、ワークを支持する治具であり、例えば金属、プラスチック、ゴム等の材料にて形成されている。組立補助治具６００は、組立作業時の部品（ワーク）の位置決めやガイドとなる外周面を有している。この組立補助治具６００を用いることで、組立される複数の部品の嵌め合い公差の範囲に組立精度を確保することができる。

ここで、第１実施形態における組立補助治具６００の使用方法について、図３を用いて簡単に説明する。図３は、架台５００の上面５０１に固定された組立補助治具６００を用いて、複数のワーク（部品）Ｗ１，Ｗ２を組み立てた状態を示す模式図である。組立補助治具６００は、図３のように、架台５００の上面５０１に固定されている。

組立補助治具６００は、円柱形状に形成された支持部６０１と、支持部６０１よりも大径の円柱形状に形成された基部６０２とを有する。支持部６０１は、基部６０２に固定されている。基部６０２は、架台５００上に固定される。

ワークの組立作業時には、まず、ワークＷ１が組立補助治具６００の支持部６０１の外周面に沿って挿入され、次にワークＷ２が組立補助治具６００の支持部６０１の外周面に沿って挿入され、ワークＷ１に組み付けられる。

組立補助治具６００を用いることで、ワークＷ１とワークＷ２との組立の繰り返し再現性が向上すると共に、組立作業時のロボットアーム２０１の振動を抑える効果もある。

第１実施形態では、ワークＷ１，Ｗ２が円環状に形成されているものを想定し、組立補助治具６００の外周が円形状、即ち円柱形状の支持部６０１を有する場合について説明するが、これに限定するものではない。支持部６０１の形状は、多角柱形状や、楕円柱形状等、ワークＷ１，Ｗ２の内周形状に合わせた形状であればよい。

図４は、本発明の第１実施形態に係る組立補助治具６００の設置方法によって設置された状態を示す模式図である。

組立補助治具６００は、架台５００の上面５０１に直接、固定してもよいが、第１実施形態では、上面５０１に固定された固定部材７０２に接着剤７０１で固定することで、上面５０１に固定部材７０２を介して間接的に固定している。具体的には、組立補助治具６００の基部６０２が固定部材７０２に接着剤７０１で固定されている。固定部材７０２は、架台５００に対して着脱可能にねじ７０４等で固定されている。

架台５００のねじ穴や設置面の高さ等で決まる組立補助治具６００の設置座標Ｐ_０（図１）について、空間的な自由度を持たせるために、固定部材７０２の上面に接着剤７０１が盛られている。

つまり、接着剤７０１は、固定部材７０２上に堆積されており、堆積させる接着剤７０１の厚みは組立ロボット２００の位置決め精度を吸収できるようになっている。例えば、組立ロボット２００の位置決め精度が±１ｍｍで最低固定厚さ２ｍｍとした場合、位置決め精度許容幅２ｍｍ＋最低固定厚さ２ｍｍで、４ｍｍ以上の厚みを持っている。

ここで、組立補助治具６００の設置面とは、組立補助治具６００を設置すべき位置の高さの基準となる面であり、第１実施形態では固定部材７０２の上面７１１であるが、固定部材７０２を用いない場合は架台５００の上面５０１である。

固定部材７０２は、加工しやすく、ＵＶ光に影響を受けず、剛性が高い鉄材にて製作されている。固定部材７０２の形状は、例えば組立補助治具６００の直径の１．５倍の辺からなる正方形の薄板で、厚さは２ｍｍとする。

固定部材７０２をねじ７０４等で架台５００に締結固定したので、固定部材７０２上の接着剤７０１が硬化した後でも、組立補助治具６００を固定部材７０２ごと架台５００から取り外しが可能となる。これは、組立補助治具６００の破損等が生じた場合や、組立補助治具６００の組み付けが失敗した場合、組み付けるワークの変更により、組立補助治具６００を交換する必要が生じた場合等に、組立補助治具６００の交換を簡便にするためである。

接着剤７０１としては、塗布、及び硬化が簡便な、ＵＶ硬化型の樹脂接着剤を使用している。したがって、第１実施形態では、接着剤硬化手段としてＵＶ光照射装置７０３を備えている。

ここで、組立補助治具６００の座標Ｐは、組立補助治具６００の底面を形成する円の中心点の位置及び姿勢を、ロボット座標系Σ_０の原点Ｏからの相対値で、ロボット座標系Σ_０の各軸値で表したものである。組立補助治具６００の設置座標Ｐ_０は、座標Ｐと同様に、ロボット座標系Σ_０の原点Ｏからの相対値で、ロボット座標系Σ_０の各軸値で表したものである。

次に、本発明の第１実施形態に係る組立装置１００における組立補助治具６００の設置方法について説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る組立補助治具６００の設置方法を示すフローチャートである。

まず、オフラインＰＣ４００が、設計データに基づく仮想空間において、ロボット座標系Σ_０を基準とする組立補助治具６００の設計上の設置座標Ｐ_０を決定し、制御装置３００の演算部３１１へ設置座標Ｐ_０のデータを出力する。これにより、演算部３１１は、設置座標Ｐ_０のデータを入力する（Ｓ１０１）。設置座標Ｐ_０には、３つの位置パラメータ及び３つの姿勢パラメータが含まれている。

この設置座標Ｐ_０の位置パラメータは、ロボットハンド２０２に把持されたとする組立補助治具６００が、ロボットアーム２０１を動作させた際に架台５００に固定された固定部材７０２に接触しないように設定される。具体的には、設置座標Ｐ_０の位置パラメータは、固定部材７０２よりも組立補助治具６００が組立ロボット２００の位置決め精度分、高くなるように設定される。例えば、組立ロボット２００の位置決め精度が±１ｍｍであるとすると、設置座標Ｐ_０の位置パラメータは、固定部材７０２の上面から１．１ｍｍの位置に設定される。

演算部３１１は、設置座標Ｐ_０に基づいて、ロボットアーム２０１の先端が取るべき目標の位置情報及び姿勢情報に変換する演算を行う（Ｓ１０２）。即ち、演算部３１１は、組立補助治具６００を設置すべき設置座標Ｐ_０に基づき、ロボット座標系Σ_０を基準とするロボットアーム２０１の先端の目標座標（目標位置及び目標姿勢）を算出する。演算部３１１は、その算出結果を記憶部３１２に書き込む。次に、演算部３１１は、ロボットアーム２０１の先端の取るべき目標座標に基づき、ロボットアーム２０１の各関節の目標角度を逆運動学により算出する（Ｓ１０３：演算工程）。演算部３１１は、その算出結果を記憶部３１２に書き込む。

次に演算部３１１は、ロボットハンド２０２にて組立補助治具６００を把持させるようロボットアーム２０１及びロボットハンド２０２に駆動指令を送る（Ｓ１０４：把持工程）。なお、ロボットハンド２０２による組立補助治具６００の把持動作は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２又はＳ１０３よりも先に行ってもよい。

図６は、組立補助治具６００と把持爪２５１の位置関係を高精度に合わせるための組立補助治具６００及びロボットハンド２０２を示す模式図である。

組立補助治具６００には、把持爪誘い込み部（凹部）６０３が、組立補助治具６００の支持部６０１の底面からの高さが同一の円周上に、支持部６０１の中心軸Ｃ１に対して等角度間隔（６０度間隔）で３箇所形成されている。他方、ロボットハンド２０２の各把持爪２５１の基端近傍には、凹部６０３に係合する凸部２５３が形成されている。

また、各把持爪２５１の先端には、支持部６０１の外周面に当接するよう、ロボットハンド２０２の中心軸Ｃ２に対する半径方向内側に突出する把持部２５４が形成されている。

ロボットハンド２０２に組立補助治具６００を把持させる際には、開状態の各把持爪２５１を閉方向（半径方向内側）に移動させて凸部２５３を凹部６０３に係合させると共に、把持部２５４で支持部６０１の外周面を半径方向内側に押圧する。

この動作で、組立補助治具６００の中心軸Ｃ１とロボットハンド２０２の中心軸Ｃ２とが重なり中心軸に垂直な方向の位置決めがされ、また、中心軸に平行な方向の位置決めがなされる。これにより、組立補助治具６００と把持爪２５１の把持部２５４との位置関係が、ほぼ把持爪２５１の凸部２５３と把持部２５４の製作公差程度まで位置決めが可能となる。凸部２５３が凹部６０３に係合するようにロボットハンド２０２が組立補助治具６００を把持することで、実際に組立する際のロボットハンド２０２と組立補助治具６００との位置関係の精度を向上させることができる。また、凸部２５３は、不図示のねじによって把持爪２５１に締結されているので、取り外し可能であり、実際のワーク組立時に障害とならないようにしている。

次に、演算部３１１は、ロボットアーム２０１の各関節の目標角度に基づいて、各関節のモータ２３１を駆動する駆動回路（不図示）に出力する駆動指令を生成し、駆動回路（不図示）に出力する。不図示の駆動回路は、駆動指令に応じた電流をモータ２３１に出力して、モータ２３１を回転させる。これにより、ロボットアーム２０１の各関節が駆動され、ロボットアーム２０１を動作させている（Ｓ１０５：動作工程）。このステップＳ１０５は、ステップＳ１０３にてロボットハンド２０２に組立補助治具６００を把持させた状態で行われる。

ステップＳ１０５では、演算部３１１は、各関節駆動部２３０のエンコーダ２３５，２３６の検出値を入力するが、第１実施形態では、各出力側エンコーダ２３６の検出値に基づいて、各関節の角度が目標角度となるようにフィードバック制御する。つまり、各関節駆動部２３０の減速機２３３は、捩れ剛性により入力軸と出力軸との間で捩れ変形する。そこで、出力側エンコーダ２３６の値に基づいて各関節の角度をフィードバック制御することにより、減速機２３３の捩れ変形の影響を受けずに、各関節の角度を目標角度に高精度に近づけることができる。

以上、ステップＳ１０５により、ロボットハンド２０２に把持された組立補助治具６００は、オフラインＰＣ４００で設定された設計上の組立補助治具６００の設置座標Ｐ_０に移動することとなる。

以下、フィードバック制御について更に詳細に説明する。図７は、ロボットハンド２０２が把持している組立補助治具６００の座標Ｐを、設置座標Ｐ_０に近づける動作を説明するための模式図である。

組立補助治具６００の座標Ｐを表す６自由度のベクトルをｒ、設置座標Ｐ_０を表す６自由度のベクトルをｒ_０とする。

ここでｒを、位置成分ｒ’と姿勢成分ｒ’’に分解し、ｒ_０を、位置成分ｒ_０’と姿勢成分ｒ_０’’に分解すると、以下の式（１），（２）にて表せる。

ここで、ｒ’とｒ_０’との差の絶対値と、ｒ’’とｒ_０’’との差の絶対値が、それぞれ微小量ε’，ε’’より小さくなるように制御する。

数式で表すと以下の式（３），（４）のようになる。

このように制御することで、オフラインＰＣ４００で設定した設置座標Ｐ_０を、実機調整作業を実施しなくても、実機においてロボット座標系Σ_０内の座標として扱うことが可能となる。

次に、ステップＳ１０５にてロボットアーム２０１を動作させたときの組立補助治具６００の実際の位置及び姿勢を維持した状態で、組立補助治具６００を架台５００（具体的には、固定部材７０２）に固定する（Ｓ１０６：固定工程）。

このステップＳ１０６では、予め固定部材７０２上に堆積させておいた硬化前の接着剤７０１に組立補助治具６００の下端を接触させる。その後、ロボットハンド２０２で組立補助治具６００を把持した状態で、接着剤７０１にＵＶ光照射装置７０３にて接着剤７０１が硬化するまでＵＶ光を照射する。

第１実施形態では、接着剤７０１がＵＶ硬化性接着剤とした場合について説明したが、熱硬化性接着剤、ホットメルト系接着剤、瞬間接着剤等の別の硬化方法を持つ接着剤を使用することも可能である。

また、組立補助治具６００は、様々な材質、例えばポリエチレンやテフロン（登録商標）等のプラスチック系材料、フッ素ゴム等のゴム系材料、鉄、アルミ等の金属系材料などで製作されるが、その材質に適した接着剤を使用することができる。

ここで、演算部３１１は、出力側エンコーダ２３６の検出結果に基づき各関節の角度を制御する制御モードから、入力側エンコーダ２３５の検出結果に基づき各関節の角度を制御する制御モードに切り替える。このとき、入力側エンコーダ２３５が検出する値が所定値となるようにフィードバック制御される。この所定値は、出力側エンコーダ２３６の検出結果に基づいて各関節の角度を目標関節角度に制御したときに、入力側エンコーダ２３５により検出された値とする。

演算部３１１は、接着剤７０１が硬化した後、ロボットアーム２０１の各関節駆動部２３０の出力側エンコーダ２３６による検出値を取得する（Ｓ１０７：検出工程）。このステップＳ１０７における検出処理は、ロボットハンド２０２による組立補助治具６００の把持解放前に行われる。

次に、演算部３１１は、ロボットハンド２０２による組立補助治具６００の把持解放を行う（Ｓ１０８）。

次に、演算部３１１は、ロボットアーム２０１の各関節駆動部２３０の出力側エンコーダ２３６による検出値を取得する（Ｓ１０９：検出工程）。このステップＳ１０９における検出処理は、ロボットハンド２０２による組立補助治具６００の把持解放後に行われる。

ステップＳ１０７，Ｓ１０９では、ロボットハンド２０２による組立補助治具６００の把持解放前後のロボットアーム２０１の各関節の角度差を検出することで、把持解放前後の相対的な組立ロボット２００の撓み量を検出している。

即ち、演算部３１１は、入力側エンコーダ２３５の値が所定値となるように制御しているので、組立補助治具６００を把持解放したときには、減速機２３３に作用するモーメントの変化により、各関節の減速機２３３の捩れ量が変化する。具体的には、減速機２３３に作用するモーメントが減少するので、各関節の減速機２３３の捩れが減少する、即ち捩れが解消するように捩れ量が変化する。各減速機２３３の捩れ量の把持解放前後の変化、つまりは、組立ロボット２００の把持解放前後の相対的な撓み量が、各出力側エンコーダ２３６により関節の角度差として検出される。

次に、演算部３１１は、組立ロボット２００の撓み量、即ち各関節の角度差が閾値を下回っているか、第１実施形態では、閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ１１０：判断工程）。

演算部３１１は、ステップＳ１１０における判断の結果、組立ロボット２００の撓み量、即ち各関節の角度差が閾値以下の場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、組立補助治具６００の設置が完了したと判定する（Ｓ１１１：完了工程）。

演算部３１１は、ステップＳ１１０における判断の結果、組立ロボット２００の撓み量が閾値を上回っていると判断した場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、組立補助治具６００の組み付けが失敗したので、実機調整作業を行うよう報知する（Ｓ１１２）。これにより、作業者は、実機調整作業を実行し、実機調整作業が終了したら、組立補助治具６００の設置が完了する（Ｓ１１１）。

組立補助治具６００の重みと接着剤７０１の硬化により、ロボットアーム２０１が撓み変形していることがある。ステップＳ１１０の判断の結果、各関節の出力側エンコーダ２３６の値の差が閾値以下の場合、ロボット座標系Σ_０における設置座標Ｐ_０のずれ量は組立可能な許容範囲内である。つまり、閾値は、組立作業が可能となる許容限界値に設定されている。

逆に、ステップＳ１１０の判断の結果、各関節の出力側エンコーダ２３６の値の差が閾値を超えていた場合は、組立補助治具６００の設置は失敗しており、実機調整作業を実施する（Ｓ１１２）。実機調整作業とは、作業者が制御装置３００を通じてロボット２００を操作することにより、組立補助治具６００の位置決め及び姿勢に合わせて、ロボット２００のアプローチする位置を調整し、位置・姿勢設定部３０１内の設置座標Ｐ_０を更新する作業である。

第１実施形態では、ステップＳ１１０の閾値について、例えばロボット座標系Σ_０における設置座標Ｐ_０のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置ずれ量が０．１ｍｍ以内、ｔＸ，ｔＹ，ｔＺ方向の姿勢ずれ量が０．１°以内となるように設定する。

なお、第１実施形態では、ステップＳ１１０において、各関節の角度差が閾値のときは、ステップＳ１１１に移行しているが、閾値の設定値によっては、ステップＳ１１２に移行するようにしてもよい。

以上、第１実施形態によれば、組立補助治具６００を架台５００に固定する際に、オフラインＰＣ４００で設定した組立補助治具６００の設置座標Ｐ_０を、実機調整作業を実施しなくても、実機においてロボット座標系Σ_０内の座標として扱うことが可能となる。

つまり、設計データに基づいてロボットアーム２０１を動作させて、ロボットハンド２０２に把持させた組立補助治具６００を固定するだけでよいので、組立補助治具６００を簡単に位置決め及び姿勢決めすることができる。

このことにより、１点あたり１時間以上かかる実機調整作業の作業時間を、第１実施形態によれば、接着剤７０１の硬化時間の数分で完了することができ、作業時間を大幅に短縮することができる。したがって、組立装置１００全体の立上時間を短縮し、組立装置１００の生産開始時期を早めることができる。

また、ロボットアーム２０１や、ロボットハンド２０２を交換し、実機調整作業をやり直す必要があった際も、実機調整作業の作業時間を短くすることができ、組立装置１００の停止時間を少なくし、組立装置１００の生産能力を高めることができる。

また、組立補助治具６００設置後に実施するロボットアーム２０１及びロボットハンド２０２の位置の実機調整作業において、組立補助治具６００の種類毎に必要となる、実機調整作業時の位置確認用の治具等が必要無くなる。よって、組立に不必要な部品を製作しなくてもよく、組立装置１００全体としてのコストを低減させることができる。

さらに、また、組立補助治具６００の平面方向、傾き成分の補正のために追加の駆動機構を設置する必要が無く、設置スペース上の制約を小さくすることができ、部品設置の自由度が増し、スペース生産性を向上することができる。即ち、駆動機構が不要となり、駆動機構を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。よって、組立補助治具６００の設置位置の自由度を増す。また、駆動機構が不要となるので、駆動機構を制御する制御装置も不要となり、制御を簡略化することができる。

特に、組立補助治具６００の固定に接着剤７０１を使用するため、固定が簡便となり、多種類の組立補助治具６００の固定が可能でなる。

さらに、ロボットアーム２０１の撓み量を組立補助治具６００の設置前後で比較することにより、組立補助治具６００の設置状態が組立に使用可能かを確認することができ、信頼性を向上することができる。

また、第１実施形態によれば、組立作業に用いる、オフラインＰＣ４００にて設定したオフライン教示点を、オンライン教示により調整する手間が省け、高精度に組立補助治具６００にアクセスできる。したがって、組立装置１００において組立作業に用いる教示点の設定作業が容易となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る組立補助治具の設置方法について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る組立装置の概略構成を示す説明図である。なお、第２実施形態の組立装置１００Ａにおいて、上記第１実施形態の組立装置１００と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態では、ステップＳ１０６における組立補助治具６００の固定を、接着剤７０１を用いて行ったが、第２実施形態では、はんだ８０１を用いて行う。

組立装置１００Ａは、上記第１実施形態と同様、組立ロボット２００、制御装置３００、オフラインＰＣ４００、架台５００、及び組立補助治具６００を備えている。

第２実施形態では、組立装置１００Ａは、はんだ８０１、固定部材であるはんだ漕８０２及び加熱装置８０３を備えている。はんだ漕８０２は、ねじ８０４で架台５００の上面５０１に着脱可能に固定される。

はんだ８０１は、はんだ漕８０２内に固体化した状態で入っている。はんだ漕８０２は、ねじ８０４にて架台５００に締結され、位置ずれを生じないように固定されている。また、はんだ漕８０２は、加熱装置８０３によって加熱が可能であり、内部のはんだ８０１を液体化することができる。

液体化させるはんだ８０１の量は、はんだ漕８０２の底面からはんだ８０１の液面の距離が組立ロボット２００の位置決め精度を吸収できる量とする。例えば、組立ロボット２００の位置決め精度を±１ｍｍで最低固定厚さ２ｍｍ、位置決め精度許容幅２ｍｍ＋最低固定厚さ２ｍｍで、４ｍｍ以上の液面高さとなるような量のはんだ８０１を液体化させる。

ステップＳ１０５の動作工程では、加熱装置８０３によってはんだ漕８０２を加熱して、はんだ８０１を溶融させておき、組立補助治具６００の下端をはんだ漕８０２内のはんだ８０１に接触させる。

なお、設置座標Ｐ_０の位置パラメータは、組立補助治具６００が架台５００に固定されたはんだ漕８０２の底面に接触しないように、はんだ漕８０２の底面より組立補助治具６００がロボットの位置決め精度分は高くなるように設定する。例えば、組立ロボット２００の位置決め精度が±１ｍｍである場合は、はんだ漕８０２の底面より１．１ｍｍの位置に設定する。

液体化させておいたはんだ８０１に組立補助治具６００を接触させた後、ステップＳ１０６の固定工程では、ロボットハンド２０２で組立補助治具６００を把持した状態で、加熱装置８０３の加熱を停止し、自然冷却によりはんだ８０１を硬化させる。これにより、組立補助治具６００がその位置及び姿勢で固定される。

以上第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、オフラインＰＣ４００で設定した組立補助治具６００の設置座標Ｐ_０を、実機調整作業を実施しなくても、実機においてロボット座標系Σ_０内の座標として扱うことが可能となる。このことにより、１点あたり１時間以上かかる精密教示の作業時間を、第２実施形態によれば、はんだ８０１の硬化時間の数分で完了することができ、作業時間を大幅に短縮することができる。したがって、組立装置１００Ａ全体の立上時間を短縮し、組立装置１００Ａの生産開始時期を早めることができる。

さらに、はんだ８０１は加熱により容易に溶解するため、組立補助治具６００の交換、再設置が簡単に実施できる効果もある。

さらに、はんだ漕８０２およびはんだ８０１は再利用可能であるため、組立装置１００Ａのランニングコストを小さくすることができる。

さらに、はんだ漕８０２の固定にねじ８０４等を用いるため、架台５００に対する取り付け、取り外しが簡便となり、組立補助治具６００の交換、再設置が容易となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。

上記第１実施形態では組立補助治具を接着剤を用いて固定し、上記第２実施形態では組立補助治具をはんだを用いて固定する場合について説明したが、これに限定するものではなく、組立補助治具を架台に対して固定できれば、固定方法はいかなるものでもよい。例えば、粘土等を用いて組立補助治具を固定してもよく、また架台に固定した球面台座にマグネット又は真空吸着等により、組立補助治具を固定してもよい。

また、上記第１、第２実施形態では、組立ロボット２００の撓み量検出手段としてロボットアーム２０１の各関節に設置した出力側エンコーダ２３６を用いる場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、撓み量検出手段として、ロボットアーム２０１、もしくはロボットハンド２０２に力覚センサ等の検出手段を設けることで、外力の変化量で閾値以下か否かを判断することも可能である。

１００…組立装置、２００…組立ロボット、２０１…ロボットアーム、２０２…ロボットハンド、３００…制御装置、３１１…演算部、５００…架台、６００…組立補助治具、７０１…接着剤、７０２…固定部材

Claims

多関節のロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられたロボットハンドと、を有する組立ロボットが、架台に設置された組立補助治具にワークを支持させて行う組立作業に用いる組立補助治具の設置方法であって、
前記組立補助治具を設置すべき設計上の位置及び姿勢に、前記ロボットハンドに把持させたとする前記組立補助治具を移動させる、前記ロボットアームの各関節の目標角度を求める演算工程と、
前記ロボットハンドに前記組立補助治具を把持させる把持工程と、
前記把持工程にて前記ロボットハンドに前記組立補助治具を把持させた状態で、前記ロボットアームの各関節の角度が目標角度となるように、前記ロボットアームの各関節を駆動して、前記ロボットアームを動作させる動作工程と、
前記動作工程にて前記ロボットアームを動作させたときの前記組立補助治具の実際の位置及び姿勢を維持した状態で、前記組立補助治具を前記架台に固定する固定工程と、を備え、前記架台に対して前記組立補助治具を設置することを特徴とする組立補助治具の設置方法。
前記固定工程の後、前記ロボットハンドによる前記組立補助治具の把持解放前後の相対的な前記組立ロボットの撓み量を検出する検出工程と、
前記撓み量が閾値を下回るか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程における判断の結果、前記撓み量が前記閾値を下回っている場合、前記組立補助治具の設置が完了したと判定する完了工程と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の組立補助治具の設置方法。
前記検出工程では、前記撓み量として、前記ロボットアームの各関節の把持解放前後の角度差を検出し、
前記判断工程では、前記検出工程にて検出された各関節の角度差が、閾値を下回っているか否かを判断し、
前記完了工程では、全ての角度差が閾値を下回っている場合、前記組立補助治具の設置が完了したと判定することを特徴とする請求項２に記載の組立補助治具の設置方法。
前記固定工程では、前記組立補助治具を、前記架台に着脱可能に固定された固定部材に対して固定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組立補助治具の設置方法。
前記固定工程では、前記組立補助治具を、前記固定部材に接着剤を用いて固定することを特徴とする請求項４に記載の組立補助治具の設置方法。
前記固定工程では、前記組立補助治具を、前記固定部材にはんだを用いて固定することを特徴とする請求項４に記載の組立補助治具の設置方法。