JP3876234B2

JP3876234B2 - コネクタ把持装置、同装置を備えたコネクタ検査システム及びコネクタ接続システム

Info

Publication number: JP3876234B2
Application number: JP2003172332A
Authority: JP
Inventors: 和夫針木; 和久大塚; 小田　　勝
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: EP1488893A2; US20040266276A1; JP2005011580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタ付きケーブルのコネクタの検査及び接続作業に関連した自動化技術に関し、更に詳しく言えば、ハンドを装備したロボット、視覚センサ等を用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタを的確に把持する装置、及び、同装置を用いたコネクタ検査システムとコネクタ接続システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
諸装置の組立工程等で必要になる作業の１つとして、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業がある。図１はコネクタ付きケーブルと、同コネクタ付きケーブルのコネクタが接続される別のコネクタ（以下、「相手コネクタ」と言う）を例示したものである。同図に示したように、コネクタ付きケーブル１の一方の端部（先端部）２にはコネクタ３が設けられ、同コネクタ３と反対側の端部（根元部）４は基板等の部材５に固定されている。一方、相手コネクタ６は、同部材５上に設けられている。
【０００３】
このような場合において、コネクタ付きケーブル１の接続作業を行なうには、コネクタ付きケーブル１のコネクタ３を把持し、相手コネクタ６に係合（嵌合、差込み等）すれば良いことになるが、一般に、コネクタ付きケーブル１には曲げやねじれの変形自由度、工作精度の誤差等があるため、多数のコネクタ付きケーブル１と相手コネクタ６を付けた部材５を順次ほぼ一定の位置に一定の姿勢で供給しても、コネクタ付きケーブル１のコネクタ３の位置・姿勢にはかなり大きなばらつきが生じることが避けられない。
【０００４】
そのため、このようなコネクタ付きケーブル１の接続作業をロボットを用いて行なおうとした場合、コネクタ付きケーブル１に付属したコネクタ６を的確に把持することが先ず容易でなく、それに伴って接続作業のロボットによる自動化を困難にしていた。そして、このようなコネクタ付きケーブル側のコネクタの位置・姿勢の不定性に由来する問題を簡単に解決する技術は未提案で、結局、人手による作業に頼っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の１つの目的は、ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを的確に把持することが出来る把持装置を提供することにある。また、本発明は、この把持装置と視覚センサを利用して、把持したコネクタの検査を行なうことができるコネクタ検査システムを提供するとともに、把持したコネクタを相手コネクタに接続するコネクタ接続システムを提供することを併せて企図するものである。更に別の観点から言えば、本発明は、これら装置及びシステムの提供を通して、コネクタ付きケーブルのコネクタ検査作業や接続作業の自動化を容易なものとし、アセンブリング作業等の工数削減や作業品質の安定化を可能にしようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コネクタ付きケーブルのコネクタをいきなり把持するのではなく、位置・姿勢の不定性が先端部（コネクタ側の端部）に比べて小さいケーブルの途中部位（先端部と根元部の中途部位）を第１のロボットハンドで把持し、しかる後にロボットハンドをケーブルを緩く把持したままコネクタ側へ移動させることで、コネクタを所定範囲内に固定し、第２のロボットハンドによって同コネクタを把持するという手法を採用することで、上記従来技術における困難性を克服したものである。
【０００７】
所定範囲内に固定（拘束）されたコネクタの正確な位置・姿勢は第１の視覚センサによって検出することができ、その検出結果に基づいて把持を実行することが出来る。また、第２の視覚センサを用いて、把持されたコネクタの検査を行なうことも出来る。更に、把持されたコネクタを相手コネクタに係合することも出来る。
より具体的に言えば、本発明は先ず、ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを把持する装置に適用される。
【０００８】
本発明の特徴に従い、把持装置は、第１ハンドを備えた第１ロボットにより、第１ハンドの把持部で前記コネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、前記把持部を該ケーブルに接触させた状態のまま該ケーブルに対して前記コネクタに接近する方向に移動させることにより、前記コネクタの位置を一定の空間範囲内に拘束する手段と、該一定の空間範囲内に拘束されたコネクタの位置姿勢を検出する第１視覚センサと、前記検出された位置姿勢に基いて、第２ロボットに付けられた第２ハンドにより、前記コネクタを把持する手段とを備える。
【０００９】
ここで、前記ケーブルの形状が平板状であり、前記一定の空間領域内に拘束された前記コネクタの位置姿勢が、前記平板状のケーブルの向きに対応して近似的に第１の位置姿勢と第２の位置姿勢のいずれかに限定される場合に、前記第１視覚センサは、前記コネクタが前記第１の位置姿勢及び前記第２の位置姿勢の内、何れに近似的に一致しているかを判断するものを採用することが出来る。
第１ハンドの把持部としては、典型的には、２つのローラから成るものが採用される。また、前記第１視覚センサの撮像部は前記第２ロボットに搭載することが出来る。
【００１０】
次に、上記したコネクタ把持装置と、該コネクタ把持装置によって把持されたコネクタを検査するための第２視覚センサを組合わせることで、本発明の特徴を備えたコネクタ検査システムを構成することが出来る。ここで、前記第２視覚センサの撮像部は、前記第１ロボットに搭載することが出来る。また、前記第１視覚センサの制御部に、前記第２視覚センサの制御部を兼ねさせることも出来る。
【００１１】
更に、上記したコネクタ把持装置と、同コネクタ把持装置によって把持されたコネクタの位置姿勢を検出する第２視覚センサにより前記第２ハンドによる前記コネクタの掴みずれを求める手段と、該求められた掴みずれに基いて前記第２ロボットの位置姿勢を補正し、前記第２ハンドにより前記コネクタを所定位置姿勢にある相手コネクタに接続する手段とを組合わせることで、本発明の特徴を備えたコネクタ接続システムを構成することが出来る。ここで、前記第２ハンドによる前記コネクタの掴みずれは、前記第２視覚センサにより検出された前記コネクタの位置姿勢と該検出時の前記第２ハンドの位置姿勢とに基いて求めることが出来る。
【００１２】
また、前記第２視覚センサの撮像部は、前記第１ロボットに搭載することが出来る。更に、前記相手コネクタの位置姿勢を検出する第３視覚センサを設け、該検出された位置姿勢を前記所定位置姿勢とすることも出来る。そして、前記第２視覚センサに前記第３視覚センサを兼ねさせることも可能である。前記第１視覚センサの制御部に、前記第２視覚センサの制御部及び前記第３視覚センサの制御部を兼ねさせることも出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施形態に係るシステムの配置の要部を示した図である。同図を参照すると、本実施形態において検査あるいは接続作業の対象となるコネクタ付きケーブルを装備した基板ワークは、図示を省略した適当な供給・搬送手段により、テーブル（ワーク置き台）５０に順次供給される。コネクタ付きケーブル１及び基板５は図１に示したと同様のものである。
【００１４】
即ち、コネクタ付きケーブル１の一方の端部（先端部）２にはコネクタ３が設けられ、同コネクタ３と反対側の端部（根元部）４は基板５に固定されている。一方、相手コネクタ６は、同部材５上に設けられている。これらコネクタ付きケーブル１、基板５及び相手コネクタ６を含む基板ワークは、テーブル５０上で粗い精度で位置決めされている。従って、コネクタ付きケーブル１の根元側のが設けられ、同コネクタ３と反対側の端部（根元部）４の位置及びそこから延びるコネクタ付きケーブル１は、同端部（根元部）４の周辺ではほぼ一定している。しかし、先端部２に近付くにつれてコネクタ付きケーブル１の個体毎のばらつきが大きくなり、基板５がテーブル５０上で位置決めされていても、コネクタ３の位置・姿勢のとり得る範囲はかなりの広範囲にわたる。
【００１５】
このような状態で供給される基板ワークに対して検査作業あるいは接続作業を行なうために、テーブル５０の周辺に第１ロボット１０及び第２ロボット２０が配備される。第１ロボット１０のアーム先端には第１ハンド１１が取り付けられ、第２ロボット２０のアーム先端には第２ハンド２１が取り付けられている。なお、各ロボット１０、２０は、図示の都合上、アーム先端周辺のみ図示した。
【００１６】
第１ハンド１１には、コネクタ付きケーブル１の中途部位を挟むことができ、且つ、その挟んだ状態でハンド１１に対してケーブルをハンドに対して滑らせることができるものを採用する。ここでは図示したように、１対の回転自在なロールからなる把持部を有するハンドが採用されている。一方、第２ハンド２１には、コネクタ３をしっかり固定的に把持できるものを採用する。また、各ロボット１０、２０にはそれぞれカメラが１台ずつ視覚センサの撮像部として搭載されており、説明の都合上、第２ロボット２０に搭載されたカメラ３１を第１カメラと呼び、第１ロボット１０に搭載されたカメラ３２を第２カメラと呼ぶことにする。
【００１７】
図３は、上記した配置を持つシステムの構成を説明するブロック図である。同図において、符号１２は第１ロボット１０（図２参照）を制御する第１ロボット制御装置を表わし、符号２２は第２ロボット２０（図２参照）を制御する第２ロボット制御装置を表わしている。なお、図３において、第１ロボット１０、第２ロボット２０及びそれらロボットと各ロボット制御装置１２、２２との接続のラインの描示は省略した。
【００１８】
両ロボット制御装置１２、２２は、通信回線６１で結ばれる一方、パーソナルコンピュータで構成される視覚センサ制御部３０とネット回線６２、６３で結ばれており、ロボット１０、２０相互間、及び、各ロボット１０、２０と視覚センサ制御部３０との間で必要な指令やデータをやり取りできるように構成されている。また、第１カメラ３１及び第２カメラ３２は、それぞれシリアル信号用の回線６４、６５で視覚センサ制御部３０と結ばれており、各カメラ３１、３２は、視覚センサ制御部３０からの撮像指令で撮像を行い、画像を視覚センサ制御部３０に送るようになっている。
【００１９】
視覚センサ制御部３０は、周知の画像処理機能を有するもので、後述するように、第１カメラ３１あるいは第２カメラ３２で得られた画像を解析して、コネクタ３の位置・姿勢、コネクタ３の異常判定（検査）、相手コネクタ６の位置・姿勢などを算出し、第１ロボット制御装置１２あるいは第２ロボット制御装置２２に送る。更に、第１ハンド１１、第２ハンド２１は、それぞれ第１ロボット制御装置１２、第２ロボット制御装置２２に接続され、各ロボット制御装置からの信号によって開閉制御されるようになっている。
【００２０】
以下、上記したシステムを用いて、コネクタ３の検査を行なうケース及びコネクタ３の相手コネクタ６への接続を行なうケースについて、その手順の要点を説明する。また、下記に説明する動作ステップの準備として、図２中に符号Ｐ１、Ｐ２で示した位置（姿勢を含む）を第１ロボット１０（第１ロボット制御装置１２）に予め教示しておく。
【００２１】
また、符号Ｐ３で示した位置（姿勢を含む）を第２ロボット２０（第２ロボット制御装置２２）に予め教示しておく。ここで、Ｐ１は、第１ハンド１１で最初にコネクタ付きケーブル１の中途部位を把持（挟持）する位置に対応し、Ｐ２は、第１ハンド１１をコネクタ付きケーブル１の中途部位を把持（挟持）した後、第１ハンド１１をコネクタ３に接近させるために指定される教示点で、コネクタ３が存在する平均的な位置から小距離点Ｐ１に寄った点に設定される。Ｐ１Ｐ２間の距離は、把持した中途部位から先端部２までの距離より少し小さくなる。更に、Ｐ３は、コネクタ３が存在する平均的な位置に対応した第２ハンド２１による把持位置に対応する。なお、図２中に併記したように、各ロボットのツール先端点Ｈ、Ｋは、各ハンド１１、２１の把持点付近に設定されている。
【００２２】
先ず図４を参照すると、コネクタ３の検査を行なう手順が、矢印で順次受け継がれる態様で３つの状態図で描かれており、各状態図に関連する各動作ステップが、四角で囲って記したＳ１〜Ｓ５で記されている。各動作ステップの要点は下記の通りである。
【００２３】
ステップＳ１；第１ロボット１０の動作により第１ハンド１１を点Ｐ１に移動させ、ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル１の中途部位を挟む。
ステップＳ２；ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル１の中途部位を挟んだまま、第１ロボット１０の動作により第１ハンド１１を点Ｐ２まで移動させる。これにより、コネクタ３はほぼ定位置に固定される。換言すれば、コネクタ３の位置・姿勢の不定さが著しく低下する。
ステップＳ３；視覚センサ制御部３０から第１カメラ３１に撮像指令を送り、固定されたコネクタ３を視野に収めた画像を取得し、コネクタ３のより正確な位置・姿勢を求める。
【００２４】
ステップＳ４；第２ロボット２０の動作により第２ハンド２１を「補正された点Ｐ３」に移動させ、第２ハンド２１でコネクタ３の外周部分を把持する。ここで、「補正された点Ｐ３」とは、ステップＳ３で得たコネクタ３の位置・姿勢のデータに基づいて点Ｐ３を補正した位置・姿勢のことである。
【００２５】
なお、コネクタ付きケーブル１が平板状の場合、ステップＳ１での把持は、「表向き」（図２に示した向き）か、あるいは、「うら向き」（図２に示した向きをひっくり返した向き）のいずれかとなるので、ステップＳ３ではそのいずれであるかを求め、そのデータをステップＳ４で利用しても良い。その場合、もし、「裏向き」であれば、補正により、第２ハンド２１の姿勢は手首軸の回転で１８０度反転された把持姿勢をとることになる。
【００２６】
ステップＳ５；視覚センサ制御部３０から第２カメラ３２に撮像指令を送り、外周部分を第２ハンド２１で把持されたコネクタ３を視野に収めた画像を取得し、コネクタ３の検査を行なう。検査は、例えば形状の異常、寸法の異常などについて行なう。このような検査のためのソフトウェアは周知なので詳細説明は省略する。
【００２７】
次に、コネクタ３を相手コネクタ６に接続する作業を行なうケースについて、図５、図６を参照して説明する。作業の手順は、矢印で順次受け継がれる態様で５つの状態図で図５、図６にまたがって描かれており、各状態図に関連する各動作ステップが、四角で囲って記したＳＳ１〜ＳＳ６で記されている。各動作ステップの要点は下記の通りである。
【００２８】
ステップＳＳ１；第１ロボット１０の動作により第１ハンド１１を点Ｐ１に移動させ、ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル１の中途部位を挟む。ステップＳＳ２；ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル１の中途部位を挟んだまま、第１ロボット１０の動作により第１ハンド１１を点Ｐ２まで移動させる。これにより、コネクタ３はほぼ定位置に固定される。換言すれば、コネクタ３の位置・姿勢の不定さが著しく低下する。
ステップＳＳ３；視覚センサ制御部３０から第１カメラ３１に撮像指令を送り、固定されたコネクタ３を視野に収めた画像を取得し、コネクタ３のより正確な位置・姿勢を求める。
【００２９】
ステップＳＳ４；第２ロボット２０の動作により第２ハンド２１を「補正された点Ｐ３」に移動させ、第２ハンド２１でコネクタ３の外周部分を把持する。ここで、「補正された点Ｐ３」とは、ステップＳＳ３で得たコネクタ３の位置・姿勢のデータに基づいて点Ｐ３を補正した位置・姿勢のことである。
【００３０】
なお、コネクタ付きケーブル１が平板状の場合、上記した検査作業のケースと同様に、ステップＳＳ１での把持は、「表向き」（図２に示した向き）か、あるいは、「裏向き」（図２に示した向きをひっくり返した向き）のいずれかとなるので、ステップＳＳ３ではそのいずれであるかを求め、そのデータをステップＳＳ４で利用しても良い。その場合、もし、「裏向き」であれば、補正により、第２ハンド２１の姿勢は手首軸の回転で１８０度反転された把持姿勢をとることになる。
【００３１】
ステップＳＳ５；視覚センサ制御部３０から第２カメラ３２に撮像指令を送り、外周部分を第２ハンド２１で把持されたコネクタ３を視野に収めた画像を取得し、コネクタ３の位置・姿勢を検出する。この検出データには、相手コネクタ６と係合する部分の位置、姿勢を表わすデータが含まれる。また、視覚センサ制御部３０から第２カメラ３２に撮像指令を送り、相手コネクタ６を収めた画像を取得し、相手コネクタ６の位置・姿勢を検出する。この検出データには、相手コネクタ６の、コネクタ３との係合部分の位置、姿勢を表わすデータが含まれる。
【００３２】
ステップＳＳ６；ステップＳＳ５で得たデータを利用して、第２ロボット２０を移動させ、第２ハンド２１で把持されたコネクタ３を相手コネクタ６に接続する。接続が終わったら、第２ハンド２１で把持状態を解放し、第２ロボット２０を退避させる。なお、第１ロボット１０も、適時（例えば第２ロボット２０が相手コネクタ６に接近する前）、退避させる。
【００３３】
【発明の効果】
従来は、コネクタ付きケーブルのコネクタの位置・姿勢が定まらず、これを把持する工程の自動化が困難であったが、本発明によりこの把持作業を的確に達成できる自動化が実現した。また、同把持の自動化に伴い、コネクタ検査や相手コネクタとの接続作業の自動化も容易に達成可能となり、それら作業に要する工数削減や作業品質の安定化を実現出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】コネクタ付きケーブルと相手コネクタを設けた部材を例示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシステムの配置の要部を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシステムの構成を説明するブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの検査作業を行なう際の動作について説明するプロセス図である。
【図５】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業を行なう際の動作の前半について説明するプロセス図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業を行なう際の動作の後半について説明するプロセス図である。
【符号の説明】
１コネクタ付きケーブル
２コネクタ付きケーブルの一方の端部（先端部）
３コネクタ（コネクタ付きケーブル付属）
４コネクタ付きケーブルと反対側の端部（根元部）
５基板（部材）
６相手コネクタ
１０第１ロボット
１１第１ハンド（第１把持手段）
１２第１ロボット制御装置
２０第２ロボット
２１第２ハンド（第１把持手段）
２２第２ロボット制御装置
３０視覚センサ制御部（パーソナルコンピュータ）
３１第１カメラ（第１撮像部）
３２第２カメラ（第２撮像部）
５０テーブル
６１通信回線
６２、６３ネット回線
６４、６５通信回線（シリアル信号）

Claims

ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを把持する装置において、
第１ハンドを備えた第１ロボットにより、第１ハンドの把持部で前記コネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、前記把持部を該ケーブルに接触させた状態のまま該ケーブルに対して前記コネクタに接近する方向に移動させることにより、前記コネクタの位置を一定の空間範囲内に拘束する手段と、
該一定の空間範囲内に拘束されたコネクタの位置姿勢を検出する第１視覚センサと、
前記検出された位置姿勢に基いて、第２ロボットに付けられた第２ハンドにより、前記コネクタを把持する手段とを備えたことを特徴とする、コネクタ把持装置。
前記ケーブルの形状が平板状であることにより、前記一定の空間領域内に拘束された前記コネクタの位置姿勢が、前記平板状のケーブルの向きに対応して近似的に第１の位置姿勢と第２の位置姿勢のいずれかに限定される場合において、
前記第１視覚センサは、前記コネクタが前記第１の位置姿勢及び前記第２の位置姿勢の内、何れに近似的に一致しているかを判断することを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ把持装置。
前記第１ハンドの把持部は、２つのローラから成ることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコネクタ把持装置。
前記第１視覚センサの撮像部が、前記第２ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項１乃至請求項３の内、何れか１項に記載のコネクタ把持装置。
コネクタ把持装置と、該コネクタ把持装置によって把持されたコネクタを検査するための第２視覚センサを備えたコネクタ検査システムであって、
前記コネクタ把持装置は、請求項１乃至請求項４の内何れか１項に記載のコネクタ把持装置であることを特徴とする、コネクタ検査システム。
前記第２視覚センサの撮像部が、前記第１ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項５に記載のコネクタ検査システム。
前記第１視覚センサの制御部が、前記第２視覚センサの制御部を兼ねていることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のコネクタ検査システム。
請求項１乃至請求項４の内、何れか１項に記載のコネクタ把持装置によって把持されたコネクタを相手コネクタに接続するコネクタ接続システムであって、
前記コネクタ把持装置により把持されたコネクタの位置姿勢を検出する第２視覚センサと、
該第２視覚センサにより前記第２ハンドによる前記コネクタの掴みずれを求める手段と、
該求められた掴みずれに基いて前記第２ロボットの位置姿勢を補正し、前記第２ハンドにより前記コネクタを所定位置姿勢にある相手コネクタに接続する手段とを備えたことを特徴とする、コネクタ接続システム。
前記第２視覚センサにより検出された前記コネクタの位置姿勢と該検出時の前記第２ハンドの位置姿勢とに基いて前記第２ハンドによる前記コネクタの掴みずれが求められることを特徴とする、請求項８に記載のコネクタ接続システム。
前記第２視覚センサの撮像部が、前記第１ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載のコネクタ接続システム。
前記相手コネクタの位置姿勢を検出する第３視覚センサを備え、
該検出された位置姿勢を前記所定位置姿勢とすることを特徴とする、請求項８乃至請求項１０の内、何れか１項に記載のコネクタ接続システム。
前記第２視覚センサが前記第３視覚センサを兼ねることを特徴とする、請求項１１に記載のコネクタ接続システム。
前記第１視覚センサの制御部が、前記第２視覚センサの制御部及び前記第３視覚センサの制御部を兼ねることを特徴とする、請求項８乃至請求項１２の内、何れか１項に記載のコネクタ接続システム。