JP2018176364A - 組立装置及び組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】力検出部が検出値を取得するときに、組立対象物の撓みの影響を排除することを課題とする。【解決手段】組立装置は、フレーム部を備え、組立対象物を保持するハンド部と、前記フレーム部に搭載された力検出部と、前記フレーム部に、前記ハンド部が保持した前記組立対象物に接触可能に設けられた検出ピンと、前記力検出部の検出値に基づいて前記ハンド部に保持された前記組立対象物の状態を判定し、当該判定の結果に基づいて前記ハンド部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図５

Description

本明細書開示の発明は、組立装置及び組立方法に関する。

昨今、組立ロボット（組立装置）を用いて組立作業の自動化が図られている。このような組立ロボットは、組立ロボットの状態や組立対象物の組み付け状態を把握すべく、力検出部（力検出手段、力覚センサ）を備え、この力検出部の検出値を組立動作に反映させている（例えば、特許文献１参照）。また、組立対象物によっては、穴にピンを挿入する工程を伴うことも想定されるが、このようなピンの挿入工程において、穴に対するピンの位置合わせを行い、ピンを穴に挿入係合させる提案もされている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２９９６７２号公報 特開平５−３０８１８０号公報

ところで、組立対象物の形状は様々であり、その形状によっては、各種の組立工程において、撓みが生じることがある。組立対象物に撓みが生じると、力検出部が正確な検出値を取得することができず、組立作業に支障をきたすことが想定される。

１つの側面では、本明細書開示の組立装置及び組立方法は、力検出部が検出値を取得するときに、組立対象物の撓みの影響を排除することを課題とする。

本明細書開示の組立装置は、フレーム部を備え、組立対象物を保持するハンド部と、前記フレーム部に搭載された力検出部と、前記フレーム部に、前記ハンド部が保持した前記組立対象物に接触可能に設けられた検出ピンと、前記力検出部の検出値に基づいて前記ハンド部に保持された前記組立対象物の状態を判定し、当該判定の結果に基づいて前記ハンド部を制御する制御部と、を備える。

本明細書開示の組立方法は、ハンド部によって組立対象物を保持する工程と、前記ハンド部によって保持された前記組立対象物を前記組立対象物の組付部に移動させる工程と、フレーム部を介して力検出部と接続されている検出ピンを、前記ハンド部によって保持された前記組立対象物に接触させた状態で前記組立対象物の前記組付部に対する組み付けを実行すると共に、前記力検出部による検出値を取得する工程と、前記検出値に基づいて、前記組立対象物の前記組付部への組み付け状態を判定する工程と、前記判定の結果に基づいて前記ハンド部を制御する工程と、を含む。

本明細書開示の組立装置及び組立方法によれば、力検出部が検出値を取得するときに、組立対象物の撓みの影響を排除することができる。

図１は実施形態の組立装置の概略構成を模式的に示す説明図である。 図２は実施形態の組立装置により組み立てられる電子機器の分解斜視図である。 図３は実施形態において組立対象物となる基板ユニットと、その組付部を備えた電子機器の上カバーを模式的に示す説明図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は基板ユニットが電子機器の上カバーに取り付けられる様子を時系列的に示す説明図である。 図５は実施形態の組立装置が基板ユニットを保持した状態を模式的に示す説明図である。 図６は実施形態の組立装置による組立工程の一例を示すフローチャートである。 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は組立装置により組立対象物を組付部へ組み付ける様子を時系列的に示す説明図である。 図８は実施形態の組立装置を用いた組立工程において力覚センサーによって検出されたＹ軸周りのモーメントの推移の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（実施形態）
まず、図１を参照して、実施形態の組立装置１の概略構成について説明する。図１は実施形態の組立装置の概略構成を模式的に示す説明図である。組立装置１は、制御部２とアームロボット３を備える。また、組立装置１は、ハンド部１０を備える。ハンド部１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿った移動及びこれらの軸周りの回転ができるようにアームロボット３に装着されている。アームロボット３は、制御部２と電気的に接続されており、制御部２の指令に基づいて動作する。

ハンド部１０は、フレーム部１１を備えている。フレーム部１１は、組立装置１が各種動作を行っても、撓むことがない剛性を備えている。フレーム部１１には、アクチュエータ１３が設けられている。アクチュエータ１３は、制御部と電気的に接続されており、制御部２の指令に基づいて動作し、保持部としての把持爪１３ａ、１３ｂを開閉させる。本実施形態のハンド部１０は、把持爪１３ａ、１３ｂを閉じることによって組立対象物を挟持し、保持するが、例えば、減圧による吸着によって保持するようにしてもよい。

フレーム部１１には検出ピンが設けられている。本実施形態では、第１検出ピン１４ａと第２検出ピン１４ｂが設けられている。第１検出ピン１４ａと第２検出ピン１４ｂは、それぞれ、フレーム部１１から下方に向かって延設されている。すなわち、把持爪１３ａ、１３ｂが延びる方向と同一の方向に向かって延設されている。これにより、第１検出ピン１４ａと第２検出ピン１４ｂは、ハンド部１０が挟持し、保持した組立対象物に接触可能な状態とされている。

フレーム部１１には、力検出部としての力覚センサー１５が搭載されている。力覚センサー１５は、図１に示すように、フレーム部１１を通じて、Ｘ軸方向に沿って作用する力Ｆｘ、Ｙ軸方向に沿って作用する力Ｆｙ及びＺ軸方向に沿って作用する力Ｆｚを検出することができる。また、力覚センサー１５は、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのモーメントＭｙ及びＺ軸周りのモーメントＭｚを検出することができる。

力覚センサー１５には、制御部２が電気的に接続されている。制御部２は、力覚センサー１５の検出値に基づいてハンド部１０に保持された組立対象物の状態を判定し、この判定の結果に基づいてハンド部１０を制御する。

ここで、図２を参照して、組立装置１により組み立てられる電子機器２０について説明する。図２は実施形態の組立装置により組み立てられる電子機器の分解斜視図である。本実施形態における電子機器２０は、クレードルであるが、電子機器は、これに限定されるものではない。電子機器２０は、上カバー２１と下カバー２２を備える。上カバー２１と下カバー２２は、いずれも樹脂製である。そして、上カバー２１と下カバー２２とが組み合わされることによって形成される筐体内に上側金属プレート２３基板ユニット２４及び下側金属板２５が内蔵される。これらの構成部品のうち、本実施形態では、基板ユニット２４を組立装置１による組立対象物としている。基板ユニット２４は、長手方向の辺縁から突出したコネクタ設置部２４ａが設けられている。コネクタ設置部２４ａには、コネクタ２４ａ１が設けられている。本実施形態のハンド部１０は、このコネクタ設置部２４ａを挟持する。ここで、ハンド部１０は、基板ユニット２４の長手方向の両端部にそれぞれ把持爪１３ａ、１３ｂを当接させて把持することも考えられる。しかしながら、組立対象物の把持箇所の寸法が大きくなると、それだけ、撓みが生じやすくなる。組立対象物自体が撓むと、組み付け動作に影響を与えることが考えられる。そこで、本実施形態では、撓みが生じにくい寸法を有するコネクタ設置部２４ａを挟持するようにしている。なお、コネクタ設置部２４ａには、コネクタ２４ａ１が設けられており、コネクタ２４ａ１は、上カバー２１が備える窓部２１ａに挿通される。コネクタ設置部２４ａを挟持することで、コネクタ２４ａ１を窓部２１ａに挿通させる動作の精度を向上させることができる。

ここで、図３を参照すると、上カバー２１は、第１位置決めピン２１ｂ１と第２位置決めピン２１ｂ２を備えている。一方、基板ユニット２４には、長手方向の一端部に第１位置決め穴２４ｂ１が設けられ、他端部に第２位置決め穴２４ｂ２が設けられている。基板ユニット２４は、第１位置決めピン２１ｂ１が第１位置決め穴２４ｂ１に挿入され、第２位置決めピン２１ｂ２が第２位置決め穴２４ｂ２に挿入されることで、上カバー２１に組み付けられる。すなわち、本実施形態では、組立対象物としての基板ユニット２４に対し、第１位置決めピン２１ｂ１や第２位置決めピン２１ｂ２が組付部となる。

つぎに、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、基板ユニット２４が上カバー２１に組み付けられるときの動作について説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、上カバー２１が備える後壁部２１ｃに基板ユニット２４を突き当て、矢示２６で示すように、回転させる。このとき、図４（Ｂ）に示すように、第１位置決めピン２１ｂ１と第１位置決め穴２４ｂ１との位置合わせ、第２位置決めピン２１ｂ２と第２位置決め穴２４ｂ２との位置合わせを行う。そして、矢示２７で示すように基板ユニット２４を押し込むことで、第１位置決めピン２１ｂ１が第１位置決め穴２４ｂ１に奥まで挿し込まれ、第２位置決めピン２１ｂ２が第２位置決め穴２４ｂ２に奥まで挿し込まれる。これにより、上カバー２１への基板ユニット２４の組み付けが完了する。なお、基板ユニット２４の組み付けに先立って、上カバー２１には、上側金属プレート２３が装着されている。

本実施形態の組立装置１は、このような基板ユニット２４の上カバー２１への組み付けを行う。図５を参照すると、ハンド部１０において、保持部としての把持爪１３ａ、１３ｂは、フレーム部１１の中央部に設けられ、第１検出ピン１４ａ、第２検出ピン１４ｂは、フレーム部１１において、把持爪１３ａ、１３ｂの外側に設けられている。より具体的に、第１検出ピン１４ａは、第１位置決め穴２４ｂ１に近い位置に接触できるように設けられており、第２検出ピン１４ｂは、第２位置決め穴２４ｂ２に近い位置に接触できるように設けられている。

力覚センサー１５は、第１位置決め穴２４ｂ１に第１位置決めピン２１ｂ１の先端が挿入されたときのＹ軸周りのモーメントＭｙを検出する。また、第２位置決め穴２４ｂ２に第２位置決めピン２１ｂ２の先端が挿入されたときのＹ軸周りのモーメントＭｙを検出する。ここで、仮に、第１検出ピン１４ａや第２検出ピン１４ｂを備えていない場合には、基板ユニット２４に撓みが生じ、力覚センサー１５が正確な値を検出することができないことが想定される。力覚センサー１５が正確な値を検出することができないと、力覚センサー１５の検出値に基づくアームロボット３の組立動作に支障をきたすと考えられる。

そこで、本実施形態では、第１検出ピン１４ａを第１位置決め穴２４ｂ１の近傍に接触することができるように設けている。これにより、第１位置決め穴２４ｂ１近傍における撓みの発生が抑制される。また、力覚センサー１５は、第１検出ピン１４ａを通じて、第１位置決め穴２４ｂ１の周辺の状況を反映した適切な検出値を得ることができる。この結果、制御部２は、組み付け状態、具体的に、第１位置決めピン２１ｂ１が第１位置決め穴２４ｂ１に挿入されているか否か、換言すれば、両者が干渉しているか否かを正確に判定することができる。

また、本実施形態では、第２検出ピン１４ｂを第２位置決め穴２４ｂ２の近傍に接触することができるように設けている。これにより、第２位置決め穴２４ｂ２近傍における撓みの発生が抑制される。また、力覚センサー１５は、第２検出ピン１４ｂを通じて、第２位置決め穴２４ｂ２の周辺の状況を反映した適切な検出値を得ることができる。この結果、制御部２は、組み付け状態、具体的に、第２位置決めピン２１ｂ２が第２位置決め穴２４ｂ２に挿入されているか否か、換言すれば、両者が干渉しているか否かを正確に判定することができる。

なお、本実施形態では、組み付け状態の検出を行うべき箇所が２か所であるので、２本の検出ピンを設けているが、検出ピンは、必要に応じて増減することができる。

つぎに、図６乃至図８を参照して、組立装置１を用いた組立方法の一例について説明する。図６は実施形態の組立装置による組立工程の一例を示すフローチャートである。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は組立装置により組立対象物を組付部へ組み付ける様子を時系列的に示す説明図である。図８は実施形態の組立装置を用いた組立工程において力覚センサーによって検出されたＹ軸周りのモーメントの推移の一例を示すグラフである。

まずステップＳ１では、制御部２は、図７（Ａ）に示すように、第１位置決めピン２１ｂ１を第１位置決め穴２４ｂ１に挿入するための挿入アプローチへハンド部１０を移動させる。このとき、ハンド部１０は、把持爪１３ａ、１３ｂによってコネクタ２４ａ１を把持している。また、第１検出ピン１４ａは、第１位置決め穴２４ｂ１の近傍に接触し、第２検出ピン１４ｂは、第２位置決め穴２４ｂ２の近傍に接触した状態となっている。

ステップＳ２では、図７（Ａ）に示す矢示２８のようにハンド部１０を回転させ、図７（Ｂ）に示すように、第１位置決め穴２４ｂ１に第１位置決めピン２１ｂ１を挿入する。このとき、第１位置決め穴２４ｂ１と第１位置決めピン２１ｂ１との組み付け状態は、Ｙ軸周りのモーメントＭｙによって判断することができる。モーメントＭｙは、矢示２９のように、第１検出ピン１４ａを通じて力覚センサー１５へ伝わるため、力覚センサー１５は正確な値を検出することができる。

図８を参照すると、時刻ｔ１は、基板ユニット２４が第１位置決めピン２１ｂ１に接触したタイミングである。そして、ハンド部１０が第１位置決めピン２１ｂ１を第１位置決め穴２４ｂ１に挿入するために予め定められた位置まで回転するに従って、モーメントＭｙの値は上昇する。そして、その値Ｍｙ１が、予め設定された閾値を超えると、制御部２は、ステップＳ３において、Ｙｅｓと判断する。ここで、閾値は、第１位置決めピン２１ｂ１が第１位置決め穴２４ｂ１に挿入できなかったことと判断する値として、予め設定された値である。ステップＳ３でＹｅｓと判断したときは、制御部２は、ステップＳ４において、ハンド部１０を一旦退避位置へ退避させる。そして、ステップＳ５において、制御部２は、第１位置決めピン２１ｂ１を第１位置決め穴２４ｂ１に挿入するための第１の挿入位置を補正する。そして、ステップＳ２からの制御を再度実行する。図８において、時刻ｔ２は、ハンド部１０が退避したタイミングを示している。

時刻ｔ３において、再度、ステップＳ２の動作を行い、モーメントＭｙの値Ｍｙ２が閾値よりも低い場合には、ステップＳ３でＮｏと判断する。なお、第１位置決めピン２１ｂ１が第１位置決め穴２４ｂ１に適切に挿入できた場合は、モーメントＭｙの値は、上昇後、下降する。そこで、下降する前の値をＭｙ２とし、この値Ｍｙ２が閾値よりも低ければ、ステップＳ３において、Ｎｏと判断する。

なお、ここでは、２回目のハンド部１０の動作により、第１位置決めピン２１ｂ１を第１位置決め穴２４ｂ１に挿入できた場合について説明したが、１回目のハンド部１０の動作によって挿入が成功した場合には、即座にステップＳ６へ移行することができる。

ステップＳ６では、ハンド部１０の回転中心をＲ１からＲ２に変更する。回転中心Ｒ２は、第１検出ピン１４ａの先端部に設定されている。これは、一旦第１位置決め穴２４ｂ１に挿入された第１位置決めピン２１ｂ１を抜いてしまうことがないようにするためである。

ステップＳ７では、図７（Ｃ）に示す矢示３０のようにハンド部１０を回転させ、図７（Ｄ）に示すように、第２位置決め穴２４ｂ２に第２位置決めピン２１ｂ２を挿入する。このとき、第２位置決め穴２４ｂ２と第２位置決めピン２１ｂ２との組み付け状態は、Ｙ軸周りのモーメントＭｙによって判断することができる。モーメントＭｙは、矢示３１のように、第２検出ピン１４ｂを通じて力覚センサー１５へ伝わるため、力覚センサー１５は正確な値を検出することができる。

第２位置決め穴２４ｂ２に第２位置決めピン２１ｂ２が適切に挿入されたか否かの判断は、第１位置決めピン２１ｂ１と第１位置決め穴２４ｂ１との場合と共通であるので、その詳細な説明は省略する。ステップＳ７に引き続いて行われるステップＳ８でＹｅｓと判断したときは、制御部２は、ステップＳ９において、ハンド部１０を一旦退避位置へ退避させる。そして、ステップＳ１０において、制御部２は、第２位置決めピン２１ｂ２を第２位置決め穴２４ｂ２に挿入するための第２の挿入位置を補正する。そして、ステップＳ７からの制御を再度実行する。

ステップＳ８において、Ｎｏと判断したときは、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、ハンド部１０をＺ軸方向に下降させて、基板ユニット２４を押込み、各位置決めピンの各位置決め穴の挿入工程が完了する。

このように本実施形態の組立装置１によれば、第１検出ピン１４ａや第２検出ピン１４ｂを組立対象物に接触された状態で組立作業を行うので、組立対象物における撓みの発生を抑制することができる。また、力覚センサー１５は、第１検出ピン１４ａや第２検出ピン１４ｂを介して各種検出値を取得するので、正確な値を取得することができ、制御部２は、このような正確な値に基づいて、アームロボット３やハンド部１０の制御を行うことができる。

なお、本実施形態では、力覚センサー１５によって取得されるモーメントＭｙを用いている。これは、ハンド部１０を回転させて、位置決め穴に位置決めピンを挿入する際に、組立対象物の状態を的確に把握するためである。このため、検出ピンもモーメントＭｙを適切に検出することができる位置に設けている。力覚センサー１５によって検出することができる検出値は、組み立ての態様によって種々選択することができる。従って、検出ピンの配置や形状も組立状態の判定に用いられる力覚センサー１５の検出値に応じて適宜変更することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 組立装置
２ 制御部
３ アームロボット
１０ ハンド部
１１ フレーム部
１３ アクチュエータ
１３ａ、１３ｂ 把持爪
１４ａ 第１検出ピン
１４ｂ 第２検出ピン
１５ 力覚センサー
２０ 電子機器
２１ 上カバー
２１ｂ１ 第１位置決めピン
２１ｂ２ 第２位置決めピン
２４ 基板ユニット
２４ａ コネクタ設置部
２４ａ１ コネクタ
２４ｂ１ 第１位置決め穴
２４ｂ２ 第２位置決め穴

Claims (3)

1. フレーム部を備え、組立対象物を保持するハンド部と、
   前記フレーム部に搭載された力検出部と、
   前記フレーム部に、前記ハンド部が保持した前記組立対象物に接触可能に設けられた検出ピンと、
   前記力検出部の検出値に基づいて前記ハンド部に保持された前記組立対象物の状態を判定し、当該判定の結果に基づいて前記ハンド部を制御する制御部と、
   を備えた組立装置。
2. 前記ハンド部は、前記フレーム部の中央部に保持部を備え、前記検出ピンは、前記フレーム部において、前記保持部の外側に設けた請求項１に記載の組立装置。
3. ハンド部によって組立対象物を保持する工程と、
   前記ハンド部によって保持された前記組立対象物を前記組立対象物の組付部に移動させる工程と、
   フレーム部を介して力検出部と接続されている検出ピンを、前記ハンド部によって保持された前記組立対象物に接触させた状態で前記組立対象物の前記組付部に対する組み付けを実行すると共に、前記力検出部による検出値を取得する工程と、
   前記検出値に基づいて、前記組立対象物の前記組付部への組み付け状態を判定する工程と、
   前記判定の結果に基づいて前記ハンド部を制御する工程と、
   を含む組立方法。

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