JP2023020072A - 電子機器組立装置および電子機器組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブルの接続作業を確実に行うことができる電子機器組立装置および電子機器組立方法を提供する。【解決手段】電子機器組立装置１００は、平坦で柔軟性があり先端１０６が自由端のケーブル１０４を把持する把持装置１２６と、ケーブルの先端の接続先である回路基板１０８に対し把持装置を相対的に移動させるロボットアーム１２４とを動作制御するロボット制御装置１１４を備え、把持装置は、下面１４８に設けられケーブルの一面１１２ｄを吸引し保持する吸引部１４１と、吸引部の幅方向外側に位置しケーブルを幅方向に挟持し保持する把持爪１４２、１４４とを有し、把持爪の幅方向内側には、把持爪の底から上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面１５２、１７０が形成され、把持爪の底には、把持爪が水平の状態で前上がりに傾斜した第２傾斜面１５４、１７２が形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器の回路基板などに接続されたケーブルを把持する電子機器組立装置および電子機器組立方法に関する。

電子機器組立装置は、例えば工場などの生産現場で用いられる装置であり、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）などの平坦かつ柔軟性（可撓性）のあるケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタ（基板側コネクタ）などに接続する接続作業を行う。この電子機器組立装置は、カメラなどの視覚装置と、ロボットアームと、視覚装置やロボットアームを制御する制御装置とを備える。

ケーブルは、可撓性を有し長尺状の柔軟物であるため、曲げたり押したりすると不測の変形をする。このため、ケーブルの特に先端の位置や姿勢には、ばらつきがある。このようなばらつきのあるケーブルの先端を、電子機器組立装置の視覚装置によって認識したり、ロボットアームによって把持したり基板側コネクタに挿入したりすることは困難である。このため、手作業により接続作業が行われる場合があった。しかし、ケーブルの先端と基板側コネクタとの正確な位置合わせを手作業で行うと、作業効率が向上しないという問題があった。

しかもＦＰＣやＦＦＣなどのケーブルは、その両側の側縁に対して中央が隆起するように変形して反りが発生する場合がある。このため電子機器組立装置では、ケーブルの先端を基板側コネクタに接続する接続作業を行う場合、ケーブルの先端を正確に把持するだけでなく、ケーブルの反りを矯正することも求められている。

特許文献１には、ケーブルを保持するケーブル保持部と、ケーブル保持部を移動させる制御部とを備えた電子機器組立装置が記載されている。ケーブル保持部は、ケーブルの先端部の形状に適応する挟持部を有し、制御部によってケーブルに沿って移動し、ケーブルの先端部を挟持部に保持させる。

ケーブル保持部の挟持部は、ケーブルの上面に当接する当接面と、当接面を挟んでケーブルの方向に延びる一対のガイド部とを有する。一対のガイド部は、ケーブル保持部がケーブルに沿って移動する方向の前部に、ケーブルの先端部の側部が侵入する溝が形成されている。

特許文献１の電子機器組立装置では、ケーブル本体部に接合された補強板が変形し、ケーブルに反りが生じている場合、ケーブルの先端部の側部を一対のガイド部の溝に侵入させて挟持部に保持させることで、ケーブルの反りが矯正されるため、反りが生じているケーブルであってもコネクタに装着することができる、としている。

特開２０２０－１５１７９０号公報

ところで、生産現場での実際の製造工程では、幅寸法の異なる複数種類のケーブルが回路基板に接続（半田付け）される場合がある。このため、電子機器組立装置は、複数幅のケーブルを保持対象として、さらにケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタに挿入して接続作業を行うことが要求される。

これに対して特許文献１の技術では、ケーブル保持部の挟持部の一対のガイド部に形成された一対の溝同士の幅寸法が固定されている。このため、特許文献１の技術では、固定された幅寸法に適合するケーブルが保持対象となり、複数幅のケーブルを保持対象とすることはできない。

また特許文献１の技術では、ケーブルの先端部の側部を一対のガイド部の溝に侵入させるためには、ケーブルの補強板にテーパを施す必要があり、ケーブル側に特殊加工が必要となり、汎用性が低い。

さらに、一対のガイド部の底は、一対の溝よりも下方に突出している。このため、ケーブルの先端部の側部を一対のガイド部の溝に侵入させて挟持部に保持させた状態で、ケーブルをコネクタに挿入する際、一対のガイド部の底は、接続先の回路基板に干渉する可能性がある。

本発明は、このような課題に鑑み、ケーブルの反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブルの接続作業を確実に行うことができる電子機器組立装置および電子機器組立方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電子機器組立装置の代表的な構成は、平坦かつ柔軟性があるとともに先端が自由端となっているケーブルを把持する把持装置と、ケーブルの先端の接続先である回路基板に対して把持装置を相対的に移動させるロボットアームと、把持装置及びロボットアームを動作制御するロボット制御装置と、を備え、把持装置は、把持装置の下面に設けられケーブルの一面を吸引して保持する吸引部と、吸引部の幅方向外側に位置し、ケーブルを幅方向に挟持して保持する把持爪と、を有し、把持爪の幅方向内側には、把持爪の底から上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面が形成されていて、把持爪の底には、把持爪が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面が形成されていることを特徴とする。

上記構成では、把持装置の下面に設けられた吸引部によってケーブルの一面を吸引して保持することができ、さらに、吸引部の幅方向外側に位置する把持爪によって、ケーブルを幅方向に挟持して保持することができる。このため、把持装置は、幅寸法が異なる複数種類のケーブルを保持対象とすることができる。

また上記構成では、把持爪の幅方向内側には、上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面が形成されている。このため、ケーブルに反りが生じている場合、把持爪によってケーブルを幅方向に挟持すると、ケーブルの一面が吸引部に押し当てられた状態で、ケーブルの側縁は、把持爪の第１傾斜面に沿って上方に移動しつつ変形する。これにより、ケーブルの反りが矯正された状態で、ケーブルを保持することができる。

さらに上記構成では、把持爪の底には、把持爪が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面が形成されている。このため、把持爪によってケーブルを幅方向に挟持して保持した状態で、ロボット制御装置によりロボットアームを制御して、把持爪の底が接続先の回路基板と平行になるように把持装置を傾けることにより、把持爪の底と接続先の回路基板が干渉することを回避することができる。したがって上記構成によれば、ケーブルの反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブルの接続作業を確実に行うことができる。

上記の把持装置において第１傾斜面の上側には、ケーブルの側縁が嵌まる溝が形成されているとよい。

このため、ケーブルに反りが生じている場合、把持爪によってケーブルを幅方向に挟持すると、ケーブルの一面が吸引部に押し当てられた状態で、ケーブルの側縁は、把持爪の第１傾斜面に沿って上方に移動しつつ変形し、さらに第１傾斜面の上側の溝に嵌まる。これにより、ケーブルの反りが矯正された状態で、ケーブルを確実に保持することができる。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電子機器組立方法の代表的な構成は、平坦かつ柔軟性があるとともに先端が自由端となっているケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタに挿入する電子機器組立方法であって、下面に設けられケーブルの一面を吸引して保持する吸引部と、吸引部の幅方向外側に位置し、ケーブルを幅方向に挟持して保持する把持爪とを有する把持装置を移動させ、把持爪の幅方向内側には、把持爪の底から上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面が形成されていて、把持爪の底には、把持爪が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面が形成されていて、吸引部によってケーブルの一面を吸引して保持しつつ、把持爪によってケーブルを幅方向に挟持することにより、ケーブルの側縁を第１傾斜面に沿って上方に移動させ、第２傾斜面が形成された把持爪の底が、接続先の回路基板と略平行になるように把持装置を傾けて、さらに把持装置を移動させて、ケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタに挿入することを特徴とする。

上述した電子機器組立装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該方法にも適用可能であり、上記構成によれば、ケーブルの反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブルの接続作業を確実に行うことができる。

本発明によれば、ケーブルの反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブルの接続作業を確実に行うことができる電子機器組立装置および電子機器組立方法を提供することができる。

本発明の実施形態における電子機器組立装置が適用されるロボットシステムの全体構成図である。 図１の電子機器組立装置の一部を示す図である。 図１のロボットシステムの機能を示すブロック図である。 図２の電子機器組立装置の把持装置を示す図である。 図４の把持装置の把持爪を示す図である。 図４の把持装置によってケーブルの接続作業を行う様子を示す図である。 図６（ｂ）のケーブルの接続作業を示す図である。 図６（ｃ）のケーブルの接続作業を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態における電子機器組立装置１００が適用されるロボットシステム１０２の全体構成図である。図２は、図１の電子機器組立装置１００の一部を示す図である。なお以下の各図において、必要に応じて、前後方向をそれぞれ矢印Ｆｒｏｎｔ、Ｂａｃｋ、幅方向の左右をそれぞれ矢印Ｌｅｆｔ、Ｒｉｇｈｔ、上下方向をそれぞれ矢印Ｕｐ、Ｄｏｗｎで例示する。

電子機器組立装置１００は、例えば工場などの生産現場で用いられる装置であり、図２に示すケーブル１０４の先端１０６を、接続先となる回路基板１０８のコネクタ１１０に接続（挿入）する接続作業を自動的に行う。

ケーブル１０４としては、ＦＰＣやＦＦＣなどの平坦かつ柔軟性がある長尺状のものであり、非常に撓みやすくその一部を円弧状に曲げられるように構成され、さらに根元１１１が回路基板１０８に接続（半田付け）され、先端１０６が自由端となっているものが対象となる。

生産現場での実際の製造工程では、幅寸法の異なる複数種類のケーブル１０４が回路基板１０８に接続される場合がある。しかもケーブル１０４は、その両側の側縁１１２ａ、１１２ｂに対して中央１１２ｃが隆起するように変形して反りが発生する場合がある。そこで電子機器組立装置１００では、ケーブル１０４の反りを矯正しつつ、複数幅のケーブル１０４を保持対象として、さらにケーブル１０４の先端１０６を、接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０に挿入して接続作業を行うことが可能な構成を採用した。

すなわち電子機器組立装置１００は、図１に示すロボット本体１１３と、ロボット本体１１３に接続されたロボット制御装置１１４とを備える。ロボットシステム１０２は、電子機器組立装置１００に加え、ロボット制御装置１１４に接続された上位制御システム１１６と、入力装置１１８と、状態通知装置１２０とを備える。入力装置１１８は、ロボット制御装置１１４にコマンドやパラメータなどを入力する装置である。状態通知装置１２０は、ロボット制御装置１１４から送信されるロボット本体１１３の動作状態や接続作業の状態を受信し表示する装置である。

ロボット本体１１３は、図１に示すベース部１２２と、ベース部１２２に接続されたロボットアーム１２４と、把持装置１２６と、視覚装置１２８とを備える。把持装置１２６は、図２に示すようにロボットアーム１２４の先端１３０に取り付けられ、ケーブル１０４を把持する装置である。

また図２に示すように、視覚装置１２８は、ケーブル１０４などを撮像する撮像装置であって、ロボットアーム１２４の先端１３０に向かって下向き姿勢で取り付けられていて、視覚センサであるカメラ１３２と、回路基板１０８やケーブル１０４を照明する照明装置１３４とを有する。

図３は、図１のロボットシステム１０２の機能を示すブロック図である。ロボットアーム１２４は、６軸垂直多関節型であり、その各関節に設けられたアクチュエータである電動モータ１３６と、各関節の位置を検出するエンコーダ１３８とを有する。エンコーダ１３８は、各関節の位置検出結果を示す位置信号をロボット制御装置１１４に出力する。ロボット制御装置１１４は、エンコーダ１３８からの位置信号に基づいて電動モータ１３６を駆動する駆動信号を生成する。そして電動モータ１３６は、ロボット制御装置１１４から出力される駆動信号によって駆動され、接続作業の際、ロボットアーム１２４の目標とする動作を実現する。

このようにしてロボットアーム１２４は、その先端１３０に取り付けられた図２に示す把持装置１２６を所定の位置に移動させることができる。なおロボットアーム１２４は、６軸垂直多関節型としたがこれに限定されず、６軸以外の垂直多関節型ロボットや水平多関節型ロボットなどであってもよい。

図４は、図２の電子機器組立装置１００の把持装置１２６を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、把持装置１２６を斜め下方、斜め上方から見た状態をそれぞれ示している。把持装置１２６は、複数の吸着孔１４０を含む吸引部１４１と、一対の把持爪１４２、１４４とを有する。把持爪１４２、１４４は、吸引部１４１の幅方向外側に位置し、アクチュエータ１４６の駆動に伴って互いに接近または離間するように開閉動作することにより、ケーブル１０４を幅方向に挟持して保持（チャック）したり、あるいはケーブル１０４を開放したりする。

吸引部１４１は、把持装置１２６の図４（ａ）に示す下面１４８に設けられていて、幅方向に延びる例えば板状の部位である。また吸引部１４１には、複数の吸着孔１４０が幅方向に沿って一列に配置されている。吸引部１４１は、吸着孔１４０によってケーブル１０４の一面１１２ｄ（図７参照）を吸引して保持する。なお図中では、吸着孔１４０は一列のみ配置されているが、これに限られず、二列以上配置してもよい。さらに、本吸着孔１４０は円状である必要もなく、吸引時にケーブル１０４と吸着孔１４０の間に空気が漏れる隙間がないような形状（例えば長円形）であってもよい。

吸着孔１４０は、例えばエジェクタなどの真空圧発生源と連通していて、図３に示す電磁弁１５０の動作によりエジェクタに圧縮空気を送り込むことで真空を発生させる。また吸着孔１４０を制御する電磁弁１５０は、図３に示すようにロボット本体１１３内に設置され、ロボット制御装置１１４からの駆動信号を受けて動作する。ただし電磁弁１５０は、ロボット本体１１３に限らず、ロボットシステム１０２内のいずれかの要素内に設置してもよい。

図５は、図４の把持装置１２６の把持爪１４２を示す図である。図５（ａ）は、把持爪１４２を幅方向内側寄りの斜め前方から見た状態を示す斜視図である。図５（ｂ）、図５（ｃ）は、把持爪１４２を前方から見た状態、幅方向外側から見た状態をそれぞれ示す図である。なお把持爪１４２、１４４は、図４に示すように吸引部１４１の幅方向外側に位置していて左右対称な構造となっているため、以下では、把持爪１４２の構造を主に説明する。

把持爪１４２は、第１傾斜面１５２と、第２傾斜面１５４と、溝１５５とを有する。第１傾斜面１５２は、図４（ｂ）および図５（ａ）に示すように把持爪１４２の幅方向内側に形成されている。また第１傾斜面１５２は、図５（ｂ）に示すように上方に向かうほど把持幅が広がるように第１傾斜角α（例えば３０°程度）で傾斜している。

第２傾斜面１５４は、図４（ａ）および図５（ｂ）に示すように把持爪１４２の底に形成されている。また第２傾斜面１５４は、図５（ｃ）に示すように把持爪１４２が水平の状態において前上がりに第２傾斜角β（例えば１０°程度）で傾斜している。

溝１５５は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように第１傾斜面１５２の上側に形成されていて、ケーブル１０４の側縁１１２ａが嵌まるように幅方向外側に向かって凹んでいる（図７（ｃ）参照）。

ここで図３に示す各要素について詳述する。まず、視覚装置１２８のカメラ１３２および照明装置１３４は、ロボットアーム１２４の先端１３０（図１参照）に取り付けられているが、これに限らず、接続作業の作業領域を俯瞰可能であれば、ロボット本体１１３とは別の位置に配置されていてもよい。またカメラ１３２は少なくとも１台以上必要だが、２台以上であるとさらに撮像精度が向上するため好ましい。さらにカメラ１３２は、カラー画像またはモノクロ画像を取得するものであってもよい。

カメラ１３２が単眼の場合、公知のＳＬＡＭ（simultaneous Localization and Mapping）技術を用いて３次元撮像情報を推定することができる。ただしこの場合には、カメラ１３２を動かしながら撮像する必要がある。なおカメラ１３２は、原理的に距離の相対値しか得られないが、カメラ１３２の位置情報をロボット制御装置１１４から取得できればロボット座標系における位置情報を取得することが可能である。

カメラ１３２がステレオカメラの場合、公知のステレオマッチングによる視差情報から位置情報を取得することができる。カメラ１３２が多眼の場合、ステレオカメラと原理は同じであり、色々な方向からの視差画像が得られるため、オクルージョンが生じにくい。またカメラ１３２がＴＯＦ（Time of Flight）カメラの場合、光を被写体に照射し、その光が被写体に反射して受信するまでの時間から位置情報を取得することができる。さらにカメラ１３２が照射光を利用する場合、公知のパターン投影（縞模様やランダムドットパターン）を行い、位置情報を取得することができる。

照明装置１３４は、一例として画像を撮像するカメラ１３２のレンズ周辺に配置され、把持装置１２６で把持するケーブル１０４や、接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０などを照明するが、これに限られず、距離計測を行う場合はパターン光を照射することもできる。

ロボット制御装置１１４は、図３に示すようにＣＰＵ１５６と、信号の入出力を行う入出力部１５８と、ＲＡＭ１６０およびＲＯＭ１６２を有するメモリ１６４とを備える。これらＣＰＵ１５６、入出力部１５８およびメモリ１６４は、バス１６６を介して相互に信号を伝達可能に接続されている。

ＣＰＵ１５６は、演算処理装置として機能し、メモリ１６４にアクセスしてＲＡＭ１６０またはＲＯＭ１６２、さらに外部記憶装置等に格納された各種プログラムを読み出して実行する。ＲＡＭ１６０またはＲＯＭ１６２は、ロボット本体１１３の制御すなわち電子機器組立方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。ＲＯＭ１６２は、ＣＰＵ１５６が使用するプログラムや装置定数等を記憶する。ＲＡＭ１６０は、ＣＰＵ１５６が使用するプログラムやプログラム実行中に逐次変化する変数等を一次記憶する。このようにロボット制御装置１１４は、各種プログラムを実行することによって、ロボット本体１１３および把持装置１２６を制御し、各種機能をロボット本体１１３および把持装置１２６に実行させることができる。

ロボット制御装置１１４の入出力部１５８は、通信装置、Ｄ／Ａ変換器、モータ駆動回路、Ａ／Ｄ変換器などを備えていて、インターフェイスを介して外部機器、電動モータ１３６およびアクチュエータ１４６、さらにはエンコーダ１３８などの各種センサとロボット制御装置１１４とを接続する。通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるＥｔｈｅｒＮＥＴ（登録商標）や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等であったりしてもよい。

ロボット制御装置１１４は、入出力部１５８を介してデータ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。またロボット制御装置１１４は、専用のハードウェアを組み込んだ制御装置に限らず、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。

なおロボット制御装置１１４は、ロボットアーム１２４、把持装置１２６および視覚装置１２８をすべて制御しているが、これに限定されない。一例としてロボット制御装置１１４は、ロボットアーム１２４、把持装置１２６および視覚装置１２８をそれぞれ個別に制御する複数の制御装置の集合体として構成してもよく、複数の制御装置を互いに有線または無線で接続してもよい。さらに電子機器組立装置１００では、ロボット制御装置１１４をロボット本体１１３の外部に設けているが、これに限らず、ロボット本体１１３の内部に設けてもよい。

入力装置１１８は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダントなどのユーザが操作する操作手段を備える。また、接続作業を行うユーザによる入力や設定が入力装置１１８を用いて行われる。なおロボット本体１１３に各種の機能を実行させるプログラムを入力装置１１８で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。

状態通知装置１２０は、ロボット制御装置１１４からロボット本体１１３の動作状態や、ケーブル１０４の先端１０６を、接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０に挿入した状態の情報を受信し表示することにより、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。また状態通知装置１２０は、液晶パネルやティーチングペンダント、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声などによって情報を通知する通知装置であってもよい。一例として、状態通知装置１２０は、ケーブル１０４の先端１０６をコネクタ１１０に挿入する接続作業が失敗した場合、警告を発するように設定することができる。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダントの画面などが状態通知装置１２０を兼ねていてもよい。さらに状態通知装置１２０は、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。

上位制御システム１１６は、例えばシーケンサ（ＰＬＣ）や監視制御システム（ＳＣＡＤＡ）、プロセスコンピュータ（プロコン）、パーソナルコンピュータ、各種サーバもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置１１４と有線または無線で接続されている。そして上位制御システム１１６は、ロボット制御装置１１４を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。

また、上位制御システム１１６は、接続作業が完了するまでの時間や、接続作業の完了後の状態などをロボット制御装置１１４から受信して収集することにより、不良率やサイクルタイムの監視、製品検査に用いることもできる。さらに上位制御システム１１６は、ロボット本体１１３の把持装置１２６によるケーブル１０４の把持状態の情報などをロボット制御装置１１４から取得することにより、ロボットアーム１２４をホームポジションに戻したり各装置を停止させたりするなどの動作を行わせてもよい。

つぎに、電子機器組立装置１００の動作を説明する。図６は、図４の把持装置１２６によってケーブル１０４の接続作業を行う様子を示す図である。なお図６において各図の右側、左側には、把持装置１２６およびケーブル１０４を側方から見た状態、上方から見た状態をそれぞれ示している。

まず電子機器組立装置１００では、図６（ａ）に示すテーブル１６８に回路基板１０８が載置された後、図３に示すＣＰＵ１５６がロボット本体１１３の視覚装置１２８から取得した映像信号に基づいてケーブル１０４の位置や種類を認識する。なお映像信号を生成できるのであれば、視覚装置１２８に限らず、作業領域を俯瞰可能な位置に設置した固定カメラでケーブル１０４を撮像してもよい。

つぎに、ＣＰＵ１５６は、ケーブル１０４の位置や種類の認識結果に基づいてロボットアーム１２４に駆動信号を出力して動作させることにより、把持装置１２６を移動させる。このようにしてロボットアーム１２４は、回路基板１０８に対して把持装置１２６を相対的に移動させることができる。ＣＰＵ１５６は、図６（ａ）の矢印Ａに示すように把持装置１２６を移動させて、ケーブル１０４の一面１１２ｄに把持装置１２６を押し当てる。

さらにＣＰＵ１５６は、ロボットアーム１２４に駆動信号を出力して動作させることにより、回路基板１０８に向かって把持装置１２６を進行させて、把持装置１２６によりケーブル１０４を屈曲させながら、把持装置１２６をケーブル１０４の一面１１２ｄに対してスライドさせる。続いてＣＰＵ１５６は、図６（ｂ）に示すケーブル１０４の接続作業を行う。

図７は、図６（ｂ）のケーブル１０４の接続作業を示す図である。図７（ａ）に示すように、把持爪１４４は、把持爪１４２と左右対称な構造であって、第１傾斜面１７０、第２傾斜面１７２および溝１７４を有する。

またケーブル１０４には、その両側の側縁１１２ａ、１２２ｂに対して中央１１２ｃが隆起するように変形して反りが発生している。さらにケーブル１０４の一面１１２ｄは、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように把持装置１２６の吸引部１４１の下方に位置している。また把持爪１４２、１４４は、吸引部１４１の幅方向外側に位置し、その第１傾斜面１５２、１７０が上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜している。

ＣＰＵ１５６は、ロボットアーム１２４に駆動信号を出力して動作させることにより、図６（ｂ）および図７（ｂ）の矢印Ｂに示すように把持爪１４２、１４４によってケーブル１０４を幅方向に挟持する。これにより、ケーブル１０４の一面１１２が吸引部１４１に押し当てられた状態で、ケーブル１０４の側縁１１２ａ、１１２ｂは、把持爪１４２、１４４の第１傾斜面１５２、１７０に沿って上方に移動しつつ変形する。このようにして把持装置１２６は、ケーブル１０４の反りを矯正しつつ、ケーブル１０４を保持することができる。

その後、ＣＰＵ１５６は、電磁弁１５０（図３参照）を制御して、図６（ｂ）および図７（ｂ）の矢印Ｃに示すように吸引部１４１の吸着孔１４０からエア吸引してケーブル１０４の一面１１２ｄの例えば中央１１２ｃおよびその周辺を吸着させることができる。

このように把持装置１２６は、吸引部１４１によってケーブル１０４の一面１１２ｄを吸引して保持することができ、さらに、吸引部１４１の幅方向外側に位置する把持爪１４２、１４４によって、ケーブル１０４を幅方向に挟持して保持することができる。このため、把持装置１２６は、幅寸法が異なる複数種類のケーブル１０４を保持対象とすることができる。

続いてＣＰＵ１５６は、図７（ｃ）の矢印Ｂに示すように把持爪１４２、１４４によってケーブル１０４を幅方向にさらに挟持する。これにより、ケーブル１０４の一面１１２ｄが吸引部１４１に吸引され押し当てられた状態で、ケーブル１０４の側縁１１２ａ、１１２ｂは、把持爪１４２、１４４の第１傾斜面１５２、１７０に沿ってさらに上方に移動しつつ変形し、さらに第１傾斜面１５２、１７０の上側の溝１５５、１７４に嵌まる。このようにして把持装置１２６は、ケーブル１０４の反りがより矯正された状態で、ケーブル１０４を確実に保持することができる。

ここで図５（ｂ）に示す把持爪１４２の第１傾斜面１５２は、その高さが寸法Ｈで示されている。また図５（ｂ）の寸法Ｌは、把持爪１４２、１４４を幅方向に動作させるアクチュエータ１４６のストロークに合わせて設定されている。なおこれらの寸法Ｈ、Ｌによって第１傾斜面１５２の第１傾斜角αが規定されている。これにより、把持爪１４２、１４４によってケーブル１０４が幅方向に挟持されると、ケーブル１０４の側縁１１２ａ、１１２ｂは、把持爪１４２、１４４の第１傾斜面１５２、１７０に沿って上方に最大で寸法Ｈだけ移動しつつ変形する。またこのとき、把持爪１４２、１４４は、幅方向内側に最大で寸法Ｌだけ移動している。このため把持爪１４２、１４４では、第１傾斜面１５２、１７０の高さを示す寸法Ｈが大きいほど、ケーブル１０４の反りをより確実に矯正することができる。

続いて、図６（ｃ）に示すケーブル１０４の接続作業を行う。図８は、図６（ｃ）のケーブル１０４の接続作業を示す図である。図８（ａ）は、図７（ｃ）の把持装置１２６の把持爪１４２を幅方向外側から見た状態を示している。

把持爪１４２の底には、図８（ａ）に示すように把持爪１４２が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面１５４が形成されている。また把持爪１４４の底にも、図７に示す把持爪１４４が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面１７２が形成されている。

ＣＰＵ１５６は、ロボットアーム１２４に駆動信号を出力して動作させることにより、把持爪１４２、１４４によってケーブル１０４を幅方向に挟持して保持した状態で、ロボットアーム１２４を制御して、図８（ｂ）の矢印Ｄに示すように把持装置１２６を例えば図５（ｃ）に示す第２傾斜角βだけ傾ける。これにより、把持爪１４２、１４４の底が接続先の回路基板１０８と平行になり、把持爪１４２、１４４の底の第２傾斜面１５４と接続先の回路基板１０８が干渉することを回避することができる。

続いてＣＰＵ１５６は、コネクタ１１０とケーブル１０４の先端１０６との位置合わせを行う。この位置合わせでは、把持装置１２６によるケーブル１０４の把持動作に伴う位置誤差、テーブル１６８に載置された回路基板１０８の設置誤差、さらにコネクタ１１０の回路基板１０８上への実装位置の誤差など、両者の相対位置にばらつきが生じる場合を考慮する必要がある。

そこで電子機器組立装置１００では、ＣＰＵ１５６がロボット本体１１３の視覚装置１２８から取得した映像信号に基づいて位置補正データを生成することにより、両者の相対位置のばらつきを吸収している。そしてＣＰＵ１５６は、位置補正データに基づいて把持装置１２６を移動させることにより、位置誤差および姿勢誤差を補正することができる。一例としてＣＰＵ１５６は、ケーブル１０４とコネクタ１１０のそれぞれの特徴点を抽出し、特徴点同士が適切な位置関係になるような位置補正量を算出し、把持装置１２６およびケーブル１０４を移動させる。

コネクタ１１０とケーブル１０４の先端１０６との位置合わせが完了した後に、ＣＰＵ１５６は、図８（ｃ）の矢印Ｅに示すように、把持装置１２６を移動させて、ケーブル１０４の先端１０６をコネクタ１１０に挿入する。なお上記の位置補正は、ケーブル１０４やコネクタ１１０の位置精度などの条件によっては適宜省略することも可能である。

つぎに、コネクタ１１０とコネクタ１１０に挿入された状態のケーブル１０４を視覚装置１２８によって撮像し、ＣＰＵ１５６が挿入成功時の画像と比較する。ＣＰＵ１５６は、この比較の結果、挿入が成功すなわち接続作業が完了したと判定すると処理を完了する。

一方、ＣＰＵ１５６は、挿入が失敗したと判定すると、図３に示す状態通知装置１２０を通じて上位制御システム１１６に異常発生を通知してもよいし、ユーザに異常発生を通知してもよい。また、接続作業をリトライするなどの処置を行ってもよい。さらにロボットシステム１０２による自動判定を省略し、挿入完了後の回路基板１０８を別工程で検査してもよい。

このようにして電子機器組立装置１００が適用されるロボットシステム１０２によれば、幅寸法の異なる複数種類のケーブル１０４を保持対象とし、さらにケーブル１０４の反りを矯正しつつ、幅寸法の異なる複数種類のケーブル１０４の接続作業を確実に行うことができる。

また上記実施形態では、ケーブル１０４の反りとして、その両側の側縁１１２ａ、１２２ｂに対して中央１１２ｃが隆起している場合を例示したが、これに限定されない。すなわちケーブル１０４の側縁１１２ａ、１２２ｂに対して中央１１２ｃが陥没している、いわば逆向きの反りが発生している場合であっても、電子機器組立装置１００を適用することができる。

この場合には、把持装置１２６は、把持爪１４２、１４４によってケーブル１０４を幅方向に挟持することにより、ケーブル１０４の側縁１１２ａ、１１２ｂを、第１傾斜面１５２、１７０に沿って上方に移動させつつ、幅方向外側に向かって凹んだ溝１５５、１７４の例えば傾斜した上面などに当接させて、ケーブル１０４の側縁１１２ａ、１１２ｂを、溝１５５、１７４に誘導して嵌めることができる。このようにして把持装置１２６は、ケーブル１０４の逆向きの反りを矯正した状態で、ケーブル１０４を確実に保持することができる。

さらに上記実施形態では、ケーブル１０４の根元１１１が回路基板１０８に電気的に接続されている場合を例示したが、これに限定されない。すなわちケーブル１０４は、根元１１１が回路基板１０８に電気的に接続されていない場合であっても、電子機器組立装置１００に適用することができる。なおこの場合には、把持装置１２６によってケーブル１０４を屈曲させることなく、接続作業を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、電子機器の回路基板などに接続されたケーブルを把持する電子機器組立装置および電子機器組立方法として利用することができる。

１００…電子機器組立装置、１０２…ロボットシステム、１０４…ケーブル、１０６…ケーブルの先端、１０８…回路基板、１１０…コネクタ、１１１…ケーブルの根元、１１２ａ、１２２ｂ…ケーブルの側縁、１１２ｃ…ケーブルの中央、１１２ｄ…ケーブルの一面、１１３…ロボット本体、１１４…ロボット制御装置、１１６…上位制御システム、１１８…入力装置、１２０…状態通知装置、１２２…ベース部、１２４…ロボットアーム、１２６…把持装置、１２８…視覚装置、１３０…ロボットアームの先端、１３２…カメラ、１３４…照明装置、１３６…電動モータ、１３８…エンコーダ、１４０…吸着孔、１４１…吸引部、１４２、１４４…把持爪、１４６…アクチュエータ、１４８…把持装置の下面、１５０…電磁弁、１５２、１７０…第１傾斜面、１５４、１７２…第２傾斜面、１５５、１７４…溝、１５６…ＣＰＵ、１５８…入出力部、１６０…ＲＡＭ、１６２…ＲＯＭ、１６４…メモリ、１６６…バス、１６８…テーブル

Claims (3)

1. 平坦かつ柔軟性があるとともに先端が自由端となっているケーブルを把持する把持装置と、
   前記ケーブルの先端の接続先である回路基板に対して前記把持装置を相対的に移動させるロボットアームと、
   前記把持装置及び前記ロボットアームを動作制御するロボット制御装置と、
   を備え、
   前記把持装置は、
   前記把持装置の下面に設けられ前記ケーブルの一面を吸引して保持する吸引部と、
   前記吸引部の幅方向外側に位置し、前記ケーブルを前記幅方向に挟持して保持する把持爪と、
   を有し、
   前記把持爪の幅方向内側には、前記把持爪の底から上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面が形成されていて、
   前記把持爪の前記底には、該把持爪が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面が形成されていることを特徴とする電子機器組立装置。
2. 前記把持装置において前記第１傾斜面の上側に、前記ケーブルの側縁が嵌まる溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器組立装置。
3. 平坦かつ柔軟性があるとともに先端が自由端となっているケーブルの前記先端を、接続先の回路基板のコネクタに挿入する電子機器組立方法であって、
   下面に設けられ前記ケーブルの一面を吸引して保持する吸引部と、該吸引部の幅方向外側に位置し、前記ケーブルを前記幅方向に挟持して保持する把持爪とを有する把持装置を移動させ、
   前記把持爪の幅方向内側には、前記把持爪の底から上方に向かうほど把持幅が広がるように傾斜した第１傾斜面が形成されていて、
   前記把持爪の前記底には、該把持爪が水平の状態において前上がりに傾斜した第２傾斜面が形成されていて、
   前記吸引部によって前記ケーブルの一面を吸引して保持しつつ、前記把持爪によってケーブルを幅方向に挟持することにより、前記ケーブルの側縁を前記第１傾斜面に沿って上方に移動させ、
   前記第２傾斜面が形成された前記把持爪の前記底が、接続先の前記回路基板と略平行になるように前記把持装置を傾けて、さらに該把持装置を移動させて、前記ケーブルの前記先端を、接続先の前記回路基板の前記コネクタに挿入することを特徴とする電子機器組立方法。

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