JP2023522854A - 自動化されたコンポーネント組付けのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

組立てライン（１６）で製品（１４）に組み付けるコンポーネント（３８）を自動でハンドリングするためのシステム（１２）が、組立てライン（１６）から間隔をあけて引込んだ第１の位置と、引込み位置から組立てライン（１６）に向かう方向にずらした第２の位置と、の間を、それぞれの位置に可動なキャリッジ（３４）を含む。キャリッジ（３４）上のマニピュレータ（３２）が、製品（１４）に組み付ける少なくとも１つのコンポーネント（３８）を受け取って支えるように構成されたコンポーネント取付けツール（３６）を支える。マニピュレータ（３２）は、キャリッジ（３４）が第１の位置にあるときには第１の向きになるようにアレンジすることができ、キャリッジ（３４）が第２の位置にあるときには第２の向きに枢動することができて、それによって、キャリッジ（３４）が第１の位置にあるときにはコンポーネント取付けツール（３６）上のコンポーネント（３８）は加工姿勢で支えられ、キャリッジ（３４）が第２の位置にあるときにはコンポーネントは製品（１４）への組込み姿勢で支えられる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、開示内容のすべてが参照により本明細書に組み込まれている２０２０年４月７日出願の米国特許仮出願第６３／００６，４９１号（係属中）の利益を主張する２０２１年２月９日出願の米国特許出願第１７／１７１，６８８号（係属中）の優先権の利益を主張するものである。

本発明は一般に自動化された製造システムに関し、より詳細には、コンポーネントの自動組付けのためのシステムおよび方法に関する。

製品の製造および組立てにおいて自動化が果たす役割は高まる一方である。製造システムの自動化が進むのに呼応して、コンポーネントやサブアセンブリを製造し、加工し、最終製品に組み立てるためのロボットマニピュレータの利用も増えてきている。こうした自動化された製造システムの一例は、自動化された製造ラインでコンポーネントパーツから完成品の車両が組み立てられる自動車産業に見ることができる。多くの自動化された製造システムでは、コンポーネントを加工して所望の最終製品へと組み立てるために互いに協働する複数の多軸ロボットマニピュレータを備えた組立てラインが利用されている。典型的には、こうした多軸ロボットマニピュレータは、加工および組立ての機能を果たすために直列に配置されてモータで駆動される複数のリンクを備えている。

こうした製造システムの自動化が一段と進むなか、組立て後のコンポーネント間の公差はますます小さくなっている。従来型の６自由度マニピュレータはそうした高度に自動化された製造システムに求められる柔軟性をもたらしはするものの、直列に配置されたリンクをもつロボットマニピュレータの構成では、組立て後のコンポーネントの公差は緩くなるか、または厳密な公差を実現し、維持できるようにするためにはロボットマニピュレータの頻繁な較正が必要となる。そのため、コンポーネントを迅速、効率的、かつ反復可能な形で組み立てて最終製品とすることが容易な改良型の自動化されたシステムであって、現在の自動化された製造システムにおける上述およびそれ以外の欠点を克服するシステムに対するニーズが存在する。

本発明は、組立てラインにおけるワークへのコンポーネントの自動化された組付けのためのシステムおよびそれにかかわる方法を提供する。本発明については幾つかの実施形態と関連させて説明するが、本発明がそれらの実施形態だけに限られるものでないことは理解されよう。むしろ、本開示の精神および範囲に包含されるものである限り、本発明にはあらゆる別法、変更および等価物が含まれる。

１つの態様では、組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントを自動でハンドリングするための典型的なシステムは、システムを組立てラインに隣接する位置につけるフレームに支えられたキャリッジを含む。キャリッジは、組立てラインから距離をおいた第１の引込み位置と、その引込み位置から組立てラインに向かう方向にずらした第２の作業位置と、の間をそれぞれの位置を含めて移動可能である。キャリッジは多軸関節型マニピュレータを支え、一方、そのマニピュレータは、製品に組み付ける少なくとも１つのコンポーネントを受け取って支えるように構成されたコンポーネント取付けツールを支える。マニピュレータは、キャリッジが第１の位置にあるときには第１の向きになるように構成することができ、キャリッジが第２の位置にあるときには第２の向きまで枢動することができ、それによって、キャリッジが第１の位置にあるときには、コンポーネント取付けツールのコンポーネントは加工姿勢で支えられ、キャリッジが第２の位置にあるときには、コンポーネントは製品への組込み姿勢で支えられる。

別の態様では、組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントのハンドリング方法は、組立てラインから間隔をあけた第１の引込み位置でコンポーネント取付けツールのコンポーネントを受け取るステップと、コンポーネント取付けツールを組立てラインに向かう方向に第２の作業位置まで移動させるステップと、を含む。第１の位置では、コンポーネント取付けツールはコンポーネントの受取りまたは加工を容易とするのに適した第１の姿勢にある。第２の位置では、コンポーネント取付けツールはコンポーネントの製品への組込みが容易となるように適合された第２の姿勢にある。

以下の実施例は、本開示の原理に従ってコンポーネントを組み付けるための自動化されたシステムおよびそれにかかわる方法の様々な態様を特定するものである。

［実施例１］
組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントを自動でハンドリングするためのシステムであって、
組立てラインに隣接した位置を占めることができるフレームと、
フレーム上に支えられたキャリッジであって、組立てラインから距離をおいた第１の引込み位置と、その引込み位置から組立てラインに向かう方向にずらした第２の作業位置と、の間をそれぞれに移動するためのキャリッジと、
キャリッジに連結されたベースと、ベースに対して少なくとも３つの自由度で制御可能に可動なツール取付けプレートと、を備え、キャリッジに支えられた多軸関節型マニピュレータであって、
マニピュレータベースは、キャリッジが第１の位置にあるときに第１の向きにアレンジされ、キャリッジが第２の位置にあるときは第２の向きに枢動する多軸関節型マニピュレータと、
マニピュレータのツール取付けプレートと連結されたコンポーネント取付けツールであって、製品に組み付けるための少なくとも１つのコンポーネントを受け取って支えるように構成されたコンポーネント取付けツールと、
を備えるシステムにおいて、
キャリッジが第１の位置にあるときはコンポーネント取付けツール上のコンポーネントが装着および／または加工のための姿勢で支えられ、キャリッジが第２の位置にあるときはコンポーネントが製品への組込みのための姿勢で支えられる、システム。

［実施例２］
異なる幾何学形状を有する様々なコンポーネントを支えられるようにコンポーネント取付けツールの可変的な構成が可能な、実施例１のシステム。

［実施例３］
コンポーネント取付けツールが、
マニピュレータのツール取付けプレートと連結可能なツールフレームと、
ツールフレームに支えられた少なくとも１つのシャフトアセンブリであって、
その各々が
少なくとも１つのトラニオン、
その少なくとも１つのトラニオンに支えられたシャフト、および
シャフトに取り付けられ、コンポーネントを支えるようにしてコンポーネントと係合する動作を行うことができる少なくとも１つの把持部材、
を具備するシャフトアセンブリと、
を備える、実施例１または２のシステム。

［実施例４］
少なくとも１つのシャフトアセンブリが、ツールフレームに支えられた第１のシャフトアセンブリおよび第２のシャフトアセンブリを備える、実施例３のシステム。

［実施例５］
各々のシャフトアセンブリが、シャフトを囲む円周上の様々な位置に配置された複数の把持部材を備えており、
シャフトを囲む円周上の様々な位置に配置された把持部材が様々な幾何学形状のコンポーネントと係合するように構成され、
各々のシャフトがシャフトの長手方向軸周りにツールフレームに対して回転可能で、それにより、選択された把持部材がそれぞれのシャフトの回転によってコンポーネントと係合するように配置される、
実施例３または４のシステム。

［実施例６］
少なくとも１つの把持部材が、真空圧の供給を受けたときにコンポーネントと気密に係合するように適合されたエアハンドラとして構成された複数の把持部材を備える、実施例３から５のいずれかのシステム。

［実施例７］
各々のシャフトアセンブリがシャフトを囲む円周上の様々な位置に配置された複数のエアハンドラを備えており、
シャフトを囲む円周上の様々な位置のエアハンドラが様々な幾何学形状のコンポーネントと係合するように構成され、
各々のシャフトがシャフトの長手方向軸周りにツールフレームに対して回転可能であり、それにより、選択されたエアハンドラがそれぞれのシャフトの回転によってコンポーネントと係合するように配置される、
実施例６のシステム。

［実施例８］
ツールフレームに対するシャフトの回転の錠止操作を行うことができる錠止アセンブリをツールフレーム上にさらに備える、実施例５または７のシステム。

［実施例９］
シャフトを通り、真空圧源と少なくとも１つのエアハンドラとの間に選択的に連通がもたらされるように構成された少なくとも１つの経路をさらに備え、それによって、エアハンドラがコンポーネントと係合する位置にあるときにエアハンドラに真空圧が供給される、
実施例６から８のいずれかのシステム。

［実施例１０］
マニピュレータが、
マニピュレータベースとツール取付けプレートとの間に連結された少なくとも３つのリンクであって、
各々のリンクがツール取付けプレートと枢動可能に連結された第１の端部を有し、
各々のリンクが第１の端部と反対側にある第２の端部であって、ベースと平行な平面内に少なくとも１つの並進軸に沿って制御可能に移動するためにマニピュレータベースと連結された第２の端部を有する、リンク
を備える、実施例１から９のいずれかのシステム。

［実施例１１］
少なくとも３つのリンクが長手方向に固定長をもつ、実施例１０のシステム。

［実施例１２］
各リンクそれぞれの第２の端部とベースとの間に配設された少なくとも１つのアクチュエータ
をさらに備える、実施例１０のシステム。

［実施例１３］
少なくとも１つのアクチュエータが各リンクそれぞれの第２の端部とベースとの間に配設された第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを備える、実施例１２のシステム。

［実施例１４］
各々のリンクと関連した第１のアクチュエータが、第１の方向におけるそれぞれの第２の端部の移動を制御するように位置合わせされた線形アクチュエータであり、第２のアクチュエータが第１の方向と直交する第２の方向におけるそれぞれの第２の端部の移動を制御するように位置合わせされた線形アクチュエータである、実施例１３のシステム。

［実施例１５］
組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントをハンドリングする方法であって、
組立てラインから間隔をあけた第１の引込み位置で、コンポーネントの受取りまたは加工が容易となるように適合された第１の姿勢にあるコンポーネント取付けツールにコンポーネントを受け取るステップと、
コンポーネント取付けツール上でコンポーネントを組立てラインに向かう方向に、コンポーネント取付けツールがコンポーネントの製品への組込みが容易となるように適合された第２の姿勢にある第２の作業位置まで移動させるステップと、
を含む方法。

［実施例１６］
コンポーネント取付けツールがマニピュレータベースを有する多軸マニピュレータに支えられており、
コンポーネントをコンポーネント取付けツール上で第２の作業位置に移動させるステップが、マニピュレータベースを第１の位置における第１の姿勢から第２の位置では別の向きを有する第２の姿勢に移動させるステップを含む、
実施例１５の方法。

［実施例１７］
コンポーネント取付けツールが、真空圧を使ってコンポーネントを気密に係合するように構成された少なくとも１つのエアハンドラを備え、
方法が、真空圧を少なくとも１つのエアハンドラに選択的に供給するステップをさらに含む、実施例１５または１６の方法。

［実施例１８］
少なくとも１つのエアハンドラが様々な幾何学形状を有するコンポーネントと気密に係合するように構成された複数のエアハンドラを備えており、
方法が、複数のエアハンドラの少なくとも１つにコンポーネントとの気密な係合のための位置および向きについて選択的なインデックス付け（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）を行うステップをさらに含む、実施例１７の方法。

［実施例１９］
インデックス付けとあわせて、少なくとも１つのエアハンドラに真空圧を選択的に供給するステップをさらに備える、実施例１８の方法。

［実施例２０］
コンポーネントが第１の位置でコンポーネント取付けツールに支えられている間に、コンポーネントにサブコンポーネントを追加するステップ、および
コンポーネントが第１の位置でコンポーネント取付けツールに支えられている間に、コンポーネントに対して製造工程を実施するステップ、
の少なくともいずれか１つをさらに含む、実施例１５から１９のいずれかの方法。

本発明の上記およびその他の目的および利点は、添付の図面およびそれについての説明によって明らかになるはずである。

本明細書に含まれ、その一部を構成する添付の図面は本発明の典型的な実施形態を例証するものであり、上に示した本発明の全般的な説明および以下の詳細な説明とあわせ、本発明の原理を説明するためのものである。

本開示の原理に基づくコンポーネントのハンドリングシステムを備えた典型的な製造工場の概略平面図である。 本開示の原理に基づくコンポーネントのハンドリングのための典型的なシステムの斜視図である。 図２のシステムの部分立面図であって、第１の引込み位置で支えられたキャリッジを示した図である。 図３Ａと同様の部分立面図であって、第２の位置にあるキャリッジを示した図である。 本開示の原理に基づく図２のシステムにおける典型的な多軸関節型マニピュレータの詳細斜視図である。 本開示の原理に基づく図２のシステムにおける典型的なコンポーネント取付けツールの詳細斜視図である。 図５のコンポーネント取付けツールの６－６線沿いの断面図である。

図１は、本開示の原理に従って製造組立てライン１６沿いに移動するワーク１４に組み付けるコンポーネントを自動でハンドリングするための、典型的なシステム１２を含んだ典型的な製造工場１０を示している。図示されている実施形態では、製造工場１０は製造組立てライン１６に隣接して配置され、組立てライン１６のいずれかの側に配設された複数の個別の製造セル１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを備えている。組立てライン１６は、組立てライン１６沿い（矢印２０の方向のように）のワーク１４の自動的な移動のための搬送構造（図示略）を含むことができて、それによってワーク１４を複数の製造セル１８ａ～１８ｄに隣接して配置することができ、ロボットマニピュレータのような自動化されたシステムは、ワーク１４に対するコンポーネントの組付けやワーク１４の加工を製造工程の一環として行うことが可能になる。図示された実施形態では、ワーク１４は自動車両として描かれており、製造工場１０のセル１８ａ～１８ｄはコンポーネントを車体に組み付け、または要望に応じて様々な加工ステップを行うように構成される。本明細書では典型的な実施形態を、車両の組立てや加工を行うように適合されたセル１８ａ～１８ｄを有する製造工場１０として示し、説明しているが、別法では、製造工場１０およびセル１８ａ～１８ｄはそれ以外の様々な製品を生産するように構成できることは理解されよう。

引き続き図１を参照しながら説明すると、典型的な製造セル１８ａは、本開示の原理に基づく典型的なコンポーネントハンドリングシステム１２を含むものとすることができる。コンポーネントハンドリングシステム１２は複数のロボットマニピュレータに隣接するセル１８ａ内にアレンジすることができる。たとえば、第１のロボットマニピュレータ２２ａは、供給源（図示略）から１つ以上のコンポーネントを取り、そのコンポーネントをコンポーネントハンドリングシステム１２上またはその中に配置するように構成することができる。第１のロボットマニピュレータ２２ａは、製造セル１８ａ内に位置するものであることも、また別法では製造セル１８ａに隣接して配置されることもでき、コンポーネントハンドリングシステム１２と協働して製造セル１８ａ内で延伸するように構成されることができる。追加のロボットマニピュレータ２２ｂ、２２ｃをセル１８ａ内に配置してコンポーネントハンドリングシステム１２と協働するように構成することで、ワーク１４への組付けのためにコンポーネントハンドリングシステム１２によって位置決めされたコンポーネントの組付けおよび／または加工を容易にすることができる。典型的な製造セル１８ａは、本明細書ではコンポーネントハンドリングシステム１２と協働する複数のロボットマニピュレータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを含むものとして示され、説明されているが、別法でそれ以外に様々な製造セルの構成を用いることができることは理解されよう。

引き続き図１を参照し、さらに図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら、本開示の原理による典型的なコンポーネントハンドリングシステム１２についてさらに詳細に描写する。図示した実施形態では、コンポーネントハンドリングシステム１２は、製造セル１８ａ内の製造ライン１６に隣接した位置でフレーム３０上に支えられることができる。典型的なコンポーネントハンドリングシステム１２は、キャリッジ３４によってフレーム３０上に支えられた多軸関節型マニピュレータ３２を含む。キャリッジ３４は、フレーム３０によって支えられて、図３Ａに示されるように、組立てラインから距離をおいた第１の引込み位置と、図３Ｂに示されるように、その引込み位置から組立てライン１６に向かう方向にずらした第２の作業位置と、の間を、それぞれの位置を含めて移動する。図示されている実施形態では、キャリッジ３４は、伸縮ロッド２８を有するアクチュエータ２６によって第１の位置と第２の位置との間で選択的に移動する。しかし、それ以外にも、キャリッジ３４を第１の位置と第２の位置との間で移動させるのに適した様々な機構が利用可能であることは理解されよう。

典型的なコンポーネントハンドリングシステム１２は、多軸マニピュレータ３２と連結されたコンポーネント取付けツール３６であって、ワーク１４に組み付ける少なくとも１つのコンポーネント３８を受け取って支えるように構成された取付けツール３６をさらに備える。図示した実施形態では、コンポーネント３８は、組立てライン１６に沿って車体が移動して製造セル１８ａに隣接した位置に至ったところで車体に取り付けられるドアとして描かれている。コンポーネント３８は本明細書では車両のドアとして示されているが、他の実施形態では、加工および／またはワークへの組付けを行うためにそれ以外の様々なコンポーネントをコンポーネント取付けツール３６に受けることができることは理解されよう。限定的でない例として、ボディパネル、ドアハンドル、ヒンジなどの自動車コンポーネントや、自動車関連以外のコンポーネントも、本開示の原理に基づくコンポーネント取付けツールで受けて、支えることができる。

図３Ａに示すように、キャリッジ３４が第１の引込み位置にあるとき、取付けツール３６はコンポーネント３８を受けるための向きおよび位置にあり、コンポーネントハンドリングシステム１２に隣接した位置のロボットマニピュレータ２２ａによるなどして行われるその後のコンポーネント３８の加工が容易になる姿勢でコンポーネント３８を支える。図示されている実施形態の限定的でない例として、車両のドアの形のコンポーネント３８では、ドアの内側面を上向きにして支えることによって、ドアに対するサブコンポーネントの位置決めおよび取付けを容易にすることができる。有利には、キャリッジ３４の第１の位置は、ワーク１４が製造組立てライン１６の製造セル１８ａ～１８ｄの間を移動する間のコンポーネントおよびサブコンポーネントの装着および加工を容易にし、それによって高効率の処理量を得ることができる。次いでキャリッジ３４が図３Ｂに示す第２の作業位置に移動すると、取付けツール３６はキャリッジ３４とともに並進移動し、さらに曲線状にも移動して、ワーク１４へのコンポーネント３８の組込みを容易にする第２の姿勢で取付けツール３６がコンポーネント３８を支える。たとえば、図示した実施形態では、コンポーネント３８は、車体（ワーク１４）に対するドアの取り付けられ方に相当する全体に垂直なドアの向きに支えられることができる。

コンポーネントハンドリングシステム１２には、コンポーネントハンドリングシステム１２の操作を監視し、容易にする様々なセンサを追加的に設けることができる。図示した実施形態では、システム１２は、マニピュレータ３２、キャリッジ３４、および／またはコンポーネント取付ツール３６上またはその近傍の適当な様々な箇所に配置される、１つ以上の光学センサまたはカメラ４０をさらに備えることができる。光学センサ４０は、たとえば、別の支持フレーム４２などで支えることも、または要望に応じてフレーム３０、もしくはその他の構造物に連結することもできる。その他のセンサとして、たとえば、コンポーネントハンドリングシステム１２上またはその近傍に配置されて、コンポーネントハンドリングシステム１２に近接したワーク１４の存在を感知するように構成された１つ以上の非接触近接センサ４４を含めることができるが、これだけに限らない。コンポーネント取付けツール３６に支えられたコンポーネントの存在および／または姿勢を確認するためにそれ以外のセンサを使用することもできる。センサ４０、４４から得られた信号またはデータはコントローラまたはその他の適当なコンピュータに供給されて、コンポーネントハンドリングシステム１２の操作の制御および／または監視のために使用することができる。

引き続き図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照しつつ、さらに図４も参照して、典型的な多軸関節型マニピュレータ３２についてさらに詳しく説明する。図示されている実施形態では、マニピュレータ３２は、マニピュレータ３２をキャリッジ３４に連結してキャリッジ３４とともにフレーム３０上を第１の位置と第２の位置との間で移動できるようにするためのベースアセンブリ５０を含む。複数のリンク５２がベースアセンブリ５０のベースプレート５４と連結され、その反対端ではツール取付けプレート５６を支えてコンポーネント取付けツール３６と連結されるように構成される。図示されている実施形態では、マニピュレータ３２は、その第１の端部５８でベースプレート５４に連結された３つの固定長のリンク５２を含み、リンク５２の第２の端部６０はツール取付けプレート５６と連結されている。リンク５８の第１の端部５８は、それぞれのピボット継手６２と、リンク５２の第２の端部６０を制御可能に動作させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータと、によってベースプレート５４に連結される。リンク５２の第２の端部６０の協調的な動作を通して、ツール取付けプレート５６の姿勢（位置および向き）は正確に制御することができる。図示した実施形態では、各々のリンク５２の第１の端部５８は、互いに直交するように配置されたそれぞれ第１の方向６８および第２の方向７０にリンク５２の第１の端部５８の移動を制御するために位置合わせされた、一対の直線アクチュエータ６６ａ、６６ｂによってベースプレート５４に連結されている。リンク５２の第２の端部６０は、それぞれのリンク５２と連結された直線アクチュエータ６６ａ、６６ｂの選択的な位置決めによってツール取付けプレート５６の姿勢を制御できるように、それぞれスイベル継手７２によってツール取付けプレート５６に連結されている。多軸関節型マニピュレータ３２は、使用時には、キャリッジ３４が第２の位置にあるとき、ツール取付けプレート５６に連結されたコンポーネント取付けツール３６によって支えられたコンポーネント３８の正確な位置決めを容易にする。

キャリッジ３４が図３Ａに示された第１の位置にあるとき、多軸マニピュレータ３２のベースプレート５４は、ツール取付けプレート５６に連結されたコンポーネント取付けツール３６がコンポーネント３８の受取りおよび支持のための上述の姿勢となる向きをとる。キャリッジが第１の位置から第２の位置に移動すると、ベースプレート５４は、ツール取付けプレート５６に連結されたコンポーネント取付けツール３６が、図２および図３Ｂに示すようなワーク１４へのコンポーネント３８の組込みのための上述の姿勢に移動するような向きへと枢動する。

多軸マニピュレータ３２は、本明細書では、３つの固定長リンク５２と、リンク５２をマニピュレータのベースプレート５４に連結する直線アクチュエータ６６ａ、６６ｂと、を含むものとして示し、説明してきたが、ワーク１４へのコンポーネント３８の取付けで、所望の姿勢でのツール取付けプレート５６の位置決めを容易に行えるようにするため、リンク長が可変のものを含め、それ以外の様々なリンクおよびアクチュエータのアレンジを代わりに用いることができることは理解されよう。

引き続き図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照し、さらに図５および図６を参照しながら、本開示の原理による典型的なコンポーネント取付けツール３６についてさらに詳細に説明する。図示した実施形態では、コンポーネント取付けツール３６は、多軸マニピュレータ３２のツール取付けプレート５６と連結するように構成されたツールフレーム８０を含む。そのツールフレーム８０には１つ以上のシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂが支えられており、今度はそれらがワーク１４に設置するコンポーネント３８を係合および支持するように構成された把持部材８４を支える。図示されている実施形態では、取付けツール３６は、ツールフレーム８０に支えられた第１のシャフトアセンブリ８２ａおよび第２のシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂを含んでいる。各々のシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂは、それぞれのトラニオン台８８によってツールフレーム８０に対して回転可能に支えられたシャフト８６ａ、８６ｂを含む。各々のシャフト８６ａ、８６ｂは、シャフト８６を囲む間隔をおいた円周位置に配置された複数の把持部材８４をさらに含むことができる。有利には、各々の把持部材８４は様々な幾何学形状のコンポーネントと係合するように構成することができ、そのため、シャフト８６をそれぞれの長手方向軸９０ａ、９０ｂ周りにフレーム８０に対して回転させることにより、把持部材８４のいずれか複数を、ワーク１４に組み付けるコンポーネント３８と係合するように選択的に位置決めすることができる。

図６を見るとよくわかるように、コンポーネント取付けツール３６は、シャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂのいずれか１つ以上と協働する錠止アセンブリ９２であって、シャフト８６ａ、８６ｂを所望の回転位置で錠止して、選択された把持部材８４がコンポーネント３８と係合する位置となるようにするための錠止アセンブリ９２をさらに含むことができる。図示した実施形態では、錠止アセンブリ９２は、関連するシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂと係合することによってそれぞれのシャフト８６ａ、８６ｂを所望の回転位置で錠止する伸縮ロッド９６を有する、アクチュエータ９４を含む。この目的のため、各々のシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂは、シャフト８６ａ、８６ｂに支えられて、錠止アセンブリアクチュエータ９４のロッド９６と協働するように構成された位置合わせ機能を有する位置合わせブロック９８をさらに含む。図示されている実施形態では、ロッド９６の遠位端１００はくさび形の先端部を有し、位置合わせブロックの位置合わせ機能は、シャフト８６ａ、８６ｂを囲む選択された角度位置に配置される対応する形状の切込み１０２を備える。使用時、所望の把持部材８４がコンポーネント３８と係合する位置にあるとき、錠止アセンブリアクチュエータ９４のロッド９６は延伸されることによって登録ブロック９８に設けられた対応する切欠き１０２に係合し、それによってシャフト８６ａ、８６ｂのそれ以上の回転を阻止する。

コンポーネント取付けツール３６について、本明細書では、各々が間隔をおいた円周上の位置に配置された複数の把持部材８４を有する２つのシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂを備えるものとして示し、説明してきたが、本開示に基づくコンポーネント取付けツールは、別法として、ただ１つのシャフトアセンブリか、または３つ以上のシャフトアセンブリを備えることもできることは理解されよう。さらに、コンポーネント取付けツール３６によって１つのタイプのコンポーネントのみが扱われる場合、またはコンポーネントが十分に均一な幾何学形状を有している場合には、コンポーネント取付けツール３６はシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂを囲む円周上に配置された複数の様々な把持部材８４を必要としないこともあり得る。

図示されている実施形態では、コンポーネント取付けツール３６の把持部材８４はエアハンドラとして構成されており、真空圧が供給されたときにコンポーネントに気密に係合するように適合されている。図６を見るとよくわかるように、各々のエアハンドラは、ブラケットアセンブリ１１２によってそれぞれのシャフト８６ａ、８６ｂに支えられたハウジング１１０を含む。エアハンドラには、コンポーネント３８を気密に係合するように構成された１つ以上のシール部材１１６を有する吸引面１１４が設けられており、ハウジング１１０に形成された真空孔１１８が吸引面１１４に連通して、コンポーネント３８と係合して支えるのに十分な真空圧を供給する。それぞれのエアハンドラの真空孔１１８は真空圧源（図示略）に連結することができ、コンポーネント３８の把持と解放を選択的に行うように制御することができる。

図示された実施形態では、各々のシャフト８６ａ、８６ｂには、シャフト８６ａ、８６ｂを通り、たとえばそれぞれのホース（図示略）を介してなど、真空圧源とエアハンドラのそれぞれの真空孔１１８との間の選択的連通を提供するように構成された少なくとも１つの空気路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが含まれる。ある実施形態では、シャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂのシャフト８６ａ、８６ｂを通して設けられた１つ以上の空気路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、それぞれのシャフト８６ａ、８６ｂがある位置に回転されてエアハンドラがコンポーネント３８と係合するように配置されると、真空圧源と選択されたエアハンドラとの間の選択的連通がもたらされるように構成されることができ、一方、シャフト８６ａ、８６ｂを通る他の空気路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは真空圧源と連通しておらず、コンポーネント３８の係合のために使用されていないエアハンドラに真空圧は供給されない。図示されている実施形態では、コンポーネント取付けツール３６は、シャフト８６ａ、８６ｂを通る空気路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに電気および／または真空圧を供給するために、各々のシャフトアセンブリ８２ａ、８２ｂと関連づけられたスリップリングをさらに含む。使用することができる典型的なスリップリングとしては、中国広東省のSenring Electronics Co., Ltd.が販売するPneumatic Rotary Union Part No. 3004012がある。

本発明については様々な実施形態の記述によって説明し、それぞれの実施形態をきわめて詳細に記してきたが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に限定するまたはいかなる形においても制限することを意図したものではない。本明細書に図示し、記述した様々な特徴は単独でも、またいかなる組合せでも使用することができる。当業者であれば、追加的な利点や変更を容易に見出すことができよう。したがって、本発明は、より広いその態様では、図示され、記述された具体的な詳細、代表的な装置および方法、例証に限定されるものではない。そのため、そうした詳細から外れることも、全般的な発明コンセプトの精神および範囲から逸脱することなく行われてよい。

１０ 製造工場
１２ コンポーネントハンドリングシステム
１４ ワーク
１６ 組立てライン
１８ 製造セル
２２ ロボットマニピュレータ
２６ アクチュエータ
２８ 伸縮ロッド
３０ フレーム
３２ 多軸関節型マニピュレータ
３４ キャリッジ
３６ コンポーネント取付けツール
３８ コンポーネント
４０ 光学センサ
４２ 支持フレーム
４４ 非接触近接センサ
５０ ベースアセンブリ
５２ リンク
５４ ベースプレート
５６ ツール取付けプレート
５８ 第１の端部
６０ 第２の端部
６２ ピボット継手
６６ 直線アクチュエータ
６８ 第１の方向
７０ 第２の方向
７２ スイベル継手
８０ ツールフレーム
８２ シャフトアセンブリ
８４ 把持部材
８６ シャフト
９２ 錠止アセンブリ
９４ 錠止アセンブリアクチュエータ
９６ 伸縮ロッド
９８ 位置合わせブロック
１００ 遠位端
１０２ 切込み
１１０ ハウジング
１１４ 吸引面
１１６ シール部材
１１８ 真空孔
１２０ 空気路

Claims (20)

1. 組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントを自動でハンドリングするためのシステムであって、
   組立てラインに隣接して配置可能なフレームと、
   前記フレーム上に支えられたキャリッジであって、前記組立てラインから距離をおいて離間された第１の引込み位置と、前記引込み位置から前記組立てラインに向かう方向にずらされた第２の作業位置と、の間をそれぞれの位置に移動するためのキャリッジと、
   前記キャリッジに連結されたベースと、前記ベースに対して少なくとも３つの自由度で制御可能に可動なツール取付けプレートと、を備え、前記キャリッジに支えられた多軸関節型マニピュレータであって、
   前記マニピュレータベースは、前記キャリッジが前記第１の位置にあるときに第１の向きに配置され、前記キャリッジが前記第２の位置にあるときは第２の向きに枢動する、多軸関節型マニピュレータと、
   前記マニピュレータの前記ツール取付けプレートと連結されたコンポーネント取付けツールであって、前記製品に組み付けるための少なくとも１つのコンポーネントを受け取って支えるように構成されたコンポーネント取付けツールと、
   を備えるシステムにおいて、
   前記キャリッジが前記第１の位置にあるときは、前記コンポーネント取付けツール上のコンポーネントが装着および／または加工のための姿勢で支えられ、前記キャリッジが前記第２の位置にあるときは、前記コンポーネントが前記製品への組込みのための姿勢で支えられる、システム。
2. 異なる幾何学形状を有する様々なコンポーネントを支えられるように前記コンポーネント取付けツールの可変的な構成が可能な、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コンポーネント取付けツールが、
   前記マニピュレータの前記ツール取付けプレートと連結可能なツールフレームと、
   前記ツールフレームに支えられた少なくとも１つのシャフトアセンブリであって、各々のシャフトアセンブリが
   少なくとも１つのトラニオン、
   前記少なくとも１つのトラニオンに支えられたシャフト、および
   前記シャフトに取り付けられ、前記コンポーネントを支えるようにして前記コンポーネントと係合する動作を行うことができる少なくとも１つの把持部材、
   を具備するシャフトアセンブリと、
   を備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つのシャフトアセンブリが、前記ツールフレームに支えられた第１のシャフトアセンブリおよび第２のシャフトアセンブリを備える、請求項３に記載のシステム。
5. 各々のシャフトアセンブリが、前記シャフトを囲む様々な円周位置に配置された複数の把持部材を備えており、
   前記シャフトを囲む円周上の様々な位置に配置された把持部材が、様々な幾何学形状を有するコンポーネントと係合するように構成され、
   各々のシャフトが前記シャフトの長手方向軸周りに前記ツールフレームに対して回転可能であり、それにより、選択された把持部材が前記それぞれのシャフトの回転によって前記コンポーネントと係合するように配置される、
   請求項３に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの把持部材が、真空圧の供給を受けたときに前記コンポーネントと気密に係合するように適合されたエアハンドラとして構成された複数の把持部材を備える、請求項３に記載のシステム。
7. 各々のシャフトアセンブリが、前記シャフトを囲む円周上の様々な位置に配置された複数のエアハンドラを備えており、
   前記シャフトを囲む円周上の様々な位置のエアハンドラが、様々な幾何学形状を有するコンポーネントと係合するように構成され、
   各々のシャフトが前記シャフトの長手方向軸周りに前記ツールフレームに対して回転可能であり、それにより、選択されたエアハンドラがそれぞれの前記シャフトの回転によって前記コンポーネントと係合するように配置される、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記ツールフレームに対する前記シャフトの回転の錠止操作を行うことができる錠止アセンブリを、前記ツールフレーム上にさらに備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記シャフトを通り、真空圧源と少なくとも１つのエアハンドラとの間に選択的に連通がもたらされるように構成された、少なくとも１つの経路をさらに備え、それによって、前記エアハンドラが前記コンポーネントと係合する位置にあるときに前記エアハンドラに真空圧が供給される、
   請求項７に記載のシステム。
10. 前記マニピュレータが、
    前記マニピュレータベースと前記ツール取付けプレートとの間に連結された少なくとも３つのリンクであって、
    各々のリンクが、前記ツール取付けプレートに枢動可能に連結された第１の端部を有し、
    各々のリンクが、前記第１の端部と反対側にあり、かつ前記ベースと平行な平面内の少なくとも１つの並進軸に沿って制御可能に移動するために、前記マニピュレータベースと連結された第２の端部を有する、リンク
    を備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記少なくとも３つのリンクが長手方向に固定長をもつ、請求項１０に記載のシステム。
12. 各リンクそれぞれの前記第２の端部と前記ベースとの間に配設された少なくとも１つのアクチュエータをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つのアクチュエータが各リンクそれぞれの前記第２の端部と前記ベースとの間に配設された第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを備える、請求項１２に記載のシステム。
14. 各々のリンクと関連した前記第１のアクチュエータが、第１の方向におけるそれぞれの前記第２の端部の移動を制御するように位置合わせされた線形アクチュエータであり、前記第２のアクチュエータが、前記第１の方向と直交する第２の方向におけるそれぞれの前記第２の端部の移動を制御するように位置合わせされた線形アクチュエータである、請求項１３に記載のシステム。
15. 組立てラインで製品に組み付けられるコンポーネントをハンドリングする方法であって、
    前記組立てラインから間隔をあけた第１の引込み位置で、コンポーネント取付けツールに前記コンポーネントを受け取るステップであって、前記第１の引込み位置において、前記コンポーネント取付けツールは、前記コンポーネントの受取りまたは加工が容易となるように適合された第１の姿勢にある、ステップと、
    前記コンポーネント取付けツール上で、前記コンポーネントを前記組立てラインに向かう方向に第２の作業位置まで移動させるステップであって、前記第２の作業位置において、前記コンポーネント取付けツールは、前記コンポーネントの前記製品への組込みが容易となるように適合された第２の姿勢にある、ステップと、
    を含む方法。
16. 前記コンポーネント取付けツールがマニピュレータベースを有する多軸マニピュレータに支えられており、
    前記コンポーネントを前記コンポーネント取付けツール上で前記第２の作業位置に移動させるステップが、前記マニピュレータベースを前記第１の位置における第１の姿勢から前記第２の位置では異なった向きを有する第２の姿勢に移動させるステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記コンポーネント取付けツールが、真空圧を使って前記コンポーネントを気密に係合するように構成された少なくとも１つのエアハンドラを備え、
    前記方法が、真空圧を前記少なくとも１つのエアハンドラに選択的に供給するステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つのエアハンドラが様々な幾何学形状を有するコンポーネントと気密に係合するように構成された複数のエアハンドラを備えており、
    前記方法が、前記複数のエアハンドラの少なくとも１つに、前記コンポーネントとの気密な係合のための位置および向きについて選択的なインデックス付けを行うステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記インデックス付けとあわせて、前記少なくとも１つのエアハンドラに真空圧を選択的に供給するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記コンポーネントが前記第１の位置で前記コンポーネント取付けツールに支えられている間に、前記コンポーネントにサブコンポーネントを追加するステップ、および
    前記コンポーネントが前記第１の位置で前記コンポーネント取付けツールに支えられている間に、前記コンポーネントに対して製造工程を実施するステップ、
    の少なくともいずれか１つをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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