JP4931937B2 - 部品自動組付け装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、種々の子部品を親部品に対して自動的に組付ける部品自動組付け装置及び方法に関し、特に、親部品及び子部品を共に３次元的に移動させて位置決めしつつ自動的に組付ける部品自動組付け装置及び方法に関する。

従来の部品自動組付け装置としては、シリンダヘッド（親部品）を搬送するコンベア、シリンダヘッドを作業位置に固定する冶具、コンベアと冶具との間でシリンダヘッドを移送する搬入出装置、子部品を搬入する複数のパーツフィーダ、複数のパーツフィーダにより搬入された子部品を載置するパーツ置き台、パーツフィーダからパーツ置き台に部品を移載するロボット、パーツ置き台上の部品を把持して冶具に固定されたシリンダヘッド上に移送すると共にシリンダヘッドにその部品を圧入する圧入ラムを有するローディング装置等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この部品自動組付け装置においては、シリンダヘッドをハンドリングするために，コンベア、冶具、及び搬入出装置を設け、子部品をハンドリングするために，パーツフィーダ、パーツ置き台、及びロボットを設け、子部品を親部品に組付けるために専用のローディング装置を設けているため、各々の機構及び装置を設置するために広いスペースを要し、又、シリンダヘッドの搬入、シリンダヘッドの作業位置への移載、シリンダヘッドの位置決め、子部品の移載及び組付け（圧入）、シリンダヘッドのコンベアへの移載、及びシリンダヘッドの搬出等の複数の工程を、それぞれ専用の機構（ユニット）又は装置により行うため、組付け作業を完了するまでの時間が長くなり、生産性の向上を図るには限界があり、又、シリンダヘッドをコンベア等により搬送する際に、シリンダブロックあるいはヘッドカバー等の他部品との接合面に傷が入る虞がある。

また、他の部品自動組付け装置としては、シリンダヘッド（親部品）を搬送するメインライン、シリンダヘッドを移載するためのコンベア及びトラバーサ並びにローダ等の搬送機構、圧入処理を施す圧入機、洗浄処理を施す洗浄機、搬送機構と圧入機の間，圧入機と洗浄機の間，及び洗浄機と搬送機構の間で部品を移載するための作業ロボット等を備え、作業ロボットを中心として、部品の受け渡しを行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、この部品自動組付け装置においては、シリンダヘッドをハンドリングするために、搬送機構として、コンベア、トラバーサ、ローダ等を設けるために広いスペースを要し、又、シリンダヘッドの搬入、シリンダヘッドの作業位置への移載、シリンダヘッドの位置決め、組付け作業（圧入、洗浄）、シリンダヘッドの搬送機構への移載、及びシリンダヘッドの搬出等の複数の工程を、それぞれ専用の機構（ユニット）又は装置により行うため、前述同様に、組付け作業を完了するまでの時間が長くなり、生産性の向上を図るには限界があり、又、シリンダヘッドをコンベア等により搬送する際に、シリンダブロックあるいはヘッドカバー等の他部品との接合面に傷が入る虞がある。

さらに、部品に対して面取り加工を自動的に施す加工装置として、未加工のワークをストックする加工前ストッカー、加工済みのワークをストックする加工後ストッカー、６自由度をもつ多関節型ロボット、３自由度をもつ工具ステーション、ワークを撮影する撮影手段等を備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
この加工装置は、多関節型ロボットにより加工前ストッカーからワークを取り出して工具ステーション上の加工位置に搬送して保持し、撮影手段にてワークを撮影し、その撮影情報に基づいて工具ステーションの工具によりワークに面取り加工を施し、加工終了後、多関節型ロボットによりワークを加工後ストッカーに搬送するものである。

しかしながら、この加工装置においては、鋳物や成型品等のワークに生じるバリや異形突出部を面取りして仕上げ加工を行うべく、面取り用の専用の工具を用いて、ワークそのものに対して単に面取り加工を施すものであり、ワークに対して他の子部品を組付けるものではない。
一方、この加工装置における多関節型ロボットを、前述の部品自動組付け装置において、親部品を搬送及び保持するために適用したとしても、子部品をパーツ置き台に移載する工程、パーツ置き台に移載した子部品を保持して親部品の組付け位置に搬送する工程、組付け位置にて子部品を組付ける組付け工程という一連の工程を、それぞれ専用の機構ユニット又は装置により行う必要があり、組付け作業を完了するまでの時間が長くなり、生産性の向上を図るには限界がある。

特開平６−５５３６９号公報 特開平８−１９７３４０号公報 特開２００６−１１３８２２号公報

本発明は、上記従来技術の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、設置面積の省スペース化、組付け作業に要する工程の簡素化、組付け作業に要する時間の短縮化、設備コストの低減化等を図りつつ、親部品に対して子部品を効率良く高精度に組付けることができ、親部品及び子部品の搬送の際に傷が付くのを防止で、又、装置の組み替えを行うことなく種々の親部品及び子部品を取り扱って組付け作業を行うことができ、全体として生産性を向上させることができる、部品自動組付け装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の部品自動組付け装置は、親部品を保持して搬送すると共に所定位置に位置決めするべく３次元的に移動可能でかつ姿勢変更可能な保持ハンドをもつ多関節型の第１ハンドリングロボットと、子部品を保持して搬送すると共に所定位置に位置決めするべく３次元的に移動可能でかつ姿勢変更可能な保持ハンドをもつ多関節型の第２ハンドリングロボットと、第２ハンドリングロボットにより所定位置に搬入された子部品を、第１ハンドリングロボットにより保持された親部品に対して組付ける組付けユニットを備え、上記組付けユニットは、子部品を親部品に圧入する圧入ユニットを含み、圧入ユニットは、第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させて圧入荷重を受ける当接部を含む。
この構成によれば、多関節型の第１ハンドリングロボットにより、親部品を保持した状態で、３次元的に搬送すると共に姿勢を変更して所定位置に位置決めし、多関節型の第２ハンドリングロボットにより子部品を所定位置に搬入し、組付けユニットにより、子部品を親部品に組付けることができる。
このように、親部品のハンドリングは第１ハンドリングロボットだけで行い、子部品のハンドリングは第２ハンドリングロボットだけで行うため、搬入、搬出、移載、位置決め、保持等の種々の動作を行う専用の機構（ユニット）又は装置を設ける場合に比べて、装置を簡素化、低コスト化でき、又、装置の設置面積を省スペース化でき、さらに、組付け作業に要する動作を簡素化でき、それ故に組付け作業に要する時間を短縮化でき、生産性を向上させることができる。さらに、親部品及び子部品の搬送を行うために、従来のようなコンベア等を用いないため、この装置を含む生産システムのレイアウトを自由に設定することができる。
特に、組付けユニットが圧入ユニットを含み、この圧入ユニットが、第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させて圧入荷重を受ける当接部を含むため、第１ハンドリングロボットで親部品を保持した状態で、圧入ユニットにより子部品を親部品に圧入する際に、保持ハンド又は親部品の一部を当接部に当接させて、圧入荷重を反対側から受けることにより、親部品の位置ずれを防止でき、子部品を確実に圧入することがきる。

上記構成の装置において、子部品供給ユニットの取出し位置に供給された子部品を撮影する撮影手段を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、第２ハンドリングロボットが、子部品供給ユニットの取出し位置から子部品を取り出す際に、撮影手段で子部品の状態を撮影することで、この撮影情報に基づいて第２ハンドリングロボットの駆動制御を行うことができ、間違った子部品を取り出すことなく、所望の正しい子部品を確実に取り出すことができる。

上記構成の装置において、第１ハンドリングロボットの移動範囲内において、子部品を組付ける前の親部品を載置する上流側載置台と、子部品を組付けた後の親部品を載置する下流側載置台を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、上流側載置台に対して組付け前の親部品が（例えば、別のロボットにより）搬入されると、第１ハンドロングロボットがその親部品を保持して組付け作業を行う所定位置まで搬送し、所定の組付け作業が完了すると、その組付け後の親部品を下流側載置台まで搬送して移載することができる。
これにより、複数の親部品に対する子部品の組付け作業を連続的に行うことができ、この装置を一連の作業を行う生産システムの一部に容易に組込むことができる。

上記構成の装置において、圧入ユニットは、上方に延出する２つの延出部を含むＵ字状のフレームと、フレームの一方の延出部に保持された圧入ロッドと、フレームの他方の延出部に設けられた当接部を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、構造の簡素化、設置面積の省スペース化等を達成しつつ、親部品に対して子部品を効率良く高精度に組付けることができる。

また、上記目的を達成する本発明の部品自動組付け方法は、多関節型の第１ハンドリングロボットにより、親部品を保持して３次元的に搬送すると共に姿勢変更を行って所定位置に位置決めし、多関節型の第２ハンドリングロボットにより、子部品を保持して３次元的に搬送すると共に姿勢変更を行って所定位置に位置決めし、第１ハンドリングロボットにより親部品を保持及び位置決めした状態で、圧入ユニットにより、子部品を親部品に圧入する際に、圧入ユニットの当接部に第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させ、圧入ユニットの圧入ロッドによる親部品への圧入荷重を受けるようにした、構成となっている。
この構成によれば、親部品のハンドリングは第１ハンドリングロボットだけで行い、子部品のハンドリングは第２ハンドリングロボットだけで行うため、搬入、搬出、移載、位置決め、保持等の種々の動作を行う専用の機構（ユニット）又は装置を設ける場合に比べて、装置を簡素化、低コスト化でき、又、装置の設置面積を省スペース化でき、さらに、組付け作業に要する動作を簡素化でき、それ故に組付け作業に要する時間を短縮化でき、生産性を向上させることができる。さらに、親部品及び子部品の搬送を行うために、従来のようなコンベア等を用いないため、この装置を含む生産システムのレイアウトを自由に設定することができる。
特に、圧入ユニットの当接部が、第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させて圧入荷重を受けるため、第１ハンドリングロボットで親部品を保持した状態で、圧入ユニットにより子部品を親部品に圧入する際に、保持ハンド又は親部品の一部を当接部に当接させて圧入荷重を反対側から受けることにより、親部品の位置ずれを防止でき、子部品を確実に圧入することがきる。

上記構成をなす部品自動組付け装置及び方法によれば、構造の簡素化、設置面積の省スペース化、組付け作業に要する工程の簡素化、組付け作業に要する時間の短縮化、設備コストの低減化等を達成しつつ、親部品に対して子部品を効率良く高精度に組付けることができ、親部品及び子部品の搬送の際に傷が付くのを防止でき、又、装置の組み替えを行うことなく種々の親部品及び子部品を取り扱って組付け作業を行うことができ、全体として生産性を向上させることができる。

本発明に係る部品自動組付け装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す部品自動組付け装置の平面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の正面図である。 親部品としてのシリンダヘッドと、子部品としてのキャッププラグ，ネジプラグ，及びワッシャを示す分解斜視図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす第１ハンドリングロボットの正面図である。 第１ハンドリングロボットの一部を示す部分拡大図である。 第１ハンドリングロボットの一部を示す部分拡大図である。 第１ハンドリングロボットの一部を示す部分拡大図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす第２ハンドリングロボットの正面図である。 第２ハンドリングロボットの一部を示す部分拡大図である。 第２ハンドリングロボットの保持ハンドを示す部分拡大図である。 第２ハンドリングロボットの保持ハンドを示す部分拡大図である。 第２ハンドリングロボットの保持ハンドを示す部分拡大図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす子部品供給ユニットを示す正面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす子部品供給ユニットを示す平面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす組付けユニット（圧入ユニット）を示す左側面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす組付けユニット（圧入ユニット）を示す平面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす組付けユニット（締結ユニット）を示す正面図である。 図１に示す部品自動組付け装置の一部をなす組付けユニット（締結ユニット）を示す右側面図である。

符号の説明

Ｈ シリンダヘッド（親部品）
ＣＰ キャッププラグ（子部品）
ＳＰ ネジプラグ（子部品）
Ｗ ワッシャ（子部品）
１０ ベース
２０ 第１ハンドリングロボット
２１ 保持ハンド
２１ａ，２１ｂ 把持片
２１ｃ ガイド
２１ｄ 駆動アクチュエータ
３０ 第２ハンドリングロボット
３１，３２，３３ 保持ハンド
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ 把持片
３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ ヘッド
３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ 駆動アクチュエータ
４０，４０´，４０´´ 子部品供給ユニット
４１，４１´，４１´´ 補助ホッパ
４２，４２´，４２´´ ボールフィーダ
４２ａ，４２ａ´，４２ａ´´ 案内通路
Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´ 取出し位置
５０ 圧入ユニット（組付けユニット）
５１ 冶具フレーム
５１ａ，５１ｂ 延出部
５１ｂ´ 当接部
５２ 圧入ロッド
５２ａ 縮径部
５３ 駆動アクチュエータ
５４ シール塗布ユニット
５４ａ ノズル
６０ 締結ユニット（組付けユニット）
６１ フレーム
６２ ネジ締めロッド
６２ａ 嵌合部
６３ 駆動アクチュエータ
６４ 当接板
６５ 回転止めロッド
７０ 上流側載置台
８０ 下流側載置台
９１，９２，９３，９４，９５ カメラ（撮影手段）
１００ 制御盤
１１０ ケース

以下、本発明の最良の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
この装置は、図１ないし図３に示すように、ベース１０、親部品を取り扱う多関節型の第１ハンドリングロボット２０、子部品を取り扱う多関節型の第２ハンドリングロボット３０、子部品を供給する３つの子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´、子部品を親部品に圧入する組付けユニットとしての圧入ユニット５０、子部品を親部品に締結する組付けユニットとしての締結ユニット６０、ベース１０に隣接して配置された上流側載置台７０及び下流側載置台８０、撮影手段としての複数のカメラ９１〜９５、種々の制御を司る制御盤１００、制御盤１００を除いて全体を覆うケース１１０等を備えている。

この装置においては、図４に示すように、親部品として内燃エンジンのシリンダヘッドＨを適用し、子部品として、シリンダヘッドＨの圧入孔Ｈ１に圧入されるキャッププラグＣＰ、シリンダヘッドＨのネジ孔Ｈ２に締結されるワッシャＷ及びネジプラグＳＰを適用する。尚、子部品（キャッププラグＣＰ、ネジプラグＳＰ及びワッシャＷ）の個数は、図４に示すものに限定されるものではない。
また、この装置では、親部品として種類の異なる複数のシリンダヘッドＨを適用することができ、又、子部品として種類の異なる複数のキャッププラグＣＰ，ワッシャＷ及びネジプラグＳＰを適用することができるようになっている。

ベース１０は、図１に示すように、略矩形の平板状に形成されており、この装置を一つの組立セルとして構成するものであり、その上面には、Ｘ方向において、第１ハンドリングロボット２０、組付けユニット（締結ユニット６０、圧入ユニット５０）、第２ハンドリングロボット３０、及び３つの子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´を順次に配列させた状態で堅固に支持している。
尚、ベース１０に取り付けるケース１１０は、組付け作業及びハンドリング動作を行う空間を覆うと共に、親部品（シリンダヘッドＨ）の搬入及び搬出用の開口と、子部品（キャッププラグＣＰ，ワッシャＷ及びネジプラグＳＰ）の搬入用の開口を備えるように形成されている。

第１ハンドリングロボット２０は、図１ないし図３、図５ないし図７Ｂに示すように、ベース１０上に設けられており、６軸方向に屈曲及び回転が可能な多関節型のハンドリングロボットであり、その自由端部２０ａに設けられた保持ハンド２１、自由端部２０ａ（保持ハンド２１）を６軸方向に駆動するための６つの駆動アクチュエータ（不図示）等を備えている。
そして、第１ハンドリングロボット２０は、図２及び図５に示す二点差線Ｌ１の軌跡を最大移動範囲として、保持ハンド２１（すなわち、シリンダヘッドＨ）を３次元的（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に移動させると共に姿勢を変更させることができるようになっている。

保持ハンド２１は、図６ないし図７Ｂに示すように、シリンダヘッドＨ（親部品）を挟み込む一対の把持片２１ａ，２１ｂ、把持片２１ｂをシリンダヘッドＨに当接及び離脱させる方向に往復動自在にガイドするための凹凸嵌合をなすガイド２１ｃ、把持片２１ｂを把持片２１ａに対して近接及び離隔するように往復駆動する駆動アクチュエータ２１ｄ等を備えている。
そして、駆動アクチュエータ２１ｄが把持片２１ｂを把持片２１ａに近接させるように駆動することにより、把持片２１ｂが把持片２１ａと協働してシリンダヘッドＨを堅固に把持（保持）し、一方、駆動アクチュエータ２１ｄが把持片２１ｂを把持片２１ａから離隔させるように駆動することにより、把持片２１ｂがシリンダヘッドＨから離脱してシリンダヘッドＨを解放するようになっている。

第２ハンドリングロボット３０は、図１ないし図３、図８ないし図１０Ｃに示すように、ベース１０上に設けられており、６軸方向に屈曲及び回転が可能な多関節型のハンドリングロボットであり、その自由端部３０ａに設けられた３つの保持ハンド３１，３２，３３、その自由端部３０ａ（保持ハンド３１，３２，３３）を６軸方向に駆動するための６つの駆動アクチュエータ（不図示）等を備えている。
そして、第２ハンドリングロボット３０は、図２及び図８に示す二点差線Ｌ２の軌跡を最大移動範囲として、保持ハンド３１，３２，３３を３次元的（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に移動させると共に姿勢を変更させることができるようになっている。

保持ハンド３１は、図１０Ａに示すように、キャッププラグＣＰ（子部品）を挟み込む一対の把持片３１ａ，３１ｂ、一対の把持片３１ａ，３１ｂを近接及び離隔するように往復動自在に支持するヘッド３１ｃ、一対の把持片３１ａ，３１ｂを近接及び離隔するように往復駆動する駆動アクチュエータ３１ｄ等を備えている。
そして、駆動アクチュエータ３１ｄが一対の把持片３１ａ，３１ｂを近接させるように駆動することにより、キャッププラグＣＰを把持（保持）し、一方、駆動アクチュエータ３１ｄが一対の把持片３１ａ，３１ｂを離隔させるように駆動することにより、キャッププラグＣＰを解放するようになっている。

保持ハンド３２は、図１０Ｂに示すように、ネジプラグＳＰ（子部品）を挟み込む一対の把持片３２ａ，３２ｂ、一対の把持片３２ａ，３２ｂを近接及び離隔するように往復動自在に支持するヘッド３２ｃ、一対の把持片３２ａ，３２ｂを近接及び離隔するように往復駆動する駆動アクチュエータ３２ｄ等を備えている。
そして、駆動アクチュエータ３２ｄが一対の把持片３２ａ，３２ｂを近接させるように駆動することにより、ネジプラグＳＰを把持（保持）し、一方、駆動アクチュエータ３２ｄが一対の把持片３２ａ，３２ｂを離隔させるように駆動することにより、ネジプラグＳＰを解放するようになっている。

保持ハンド３３は、図１０Ｃに示すように、ワッシャＷ（子部品）を挟み込む一対の把持片３３ａ，３３ｂ、一対の把持片３３ａ，３３ｂを近接及び離隔するように往復動自在に支持するヘッド３３ｃ、一対の把持片３３ａ，３３ｂを近接及び離隔するように往復駆動する駆動アクチュエータ３３ｄ等を備えている。
そして、駆動アクチュエータ３３ｄが一対の把持片３３ａ，３３ｂを近接させるように駆動することにより、ワッシャＷを把持（保持）し、一方、駆動アクチュエータ３３ｄが一対の把持片３３ａ，３３ｂを離隔させるように駆動することにより、ワッシャＷを解放するようになっている。

子部品供給ユニット４０は、キャッププラグＣＰを供給するものであり、図１１及び図１２に示すように、補助ホッパ４１、ボールフィーダ４２等を備えている。
補助ホッパ４１は、図１１及び図１２に示すように、ベルトコンベア４１ａを有し、外部からベルトコンベア４１ａ上に供給されたキャッププラグＣＰをボールフィーダ４２の略中央領域に落下させるようになっている。
ボールフィーダ４２は、図１１及び図１２に示すように、中央部に位置する最も低い底面から螺旋状に徐々に高くなるように形成された案内通路４２ａ、案内通路４２ａ全体に振動を及ぼしてキャッププラグＣＰを順送りさせる起振部４２ｂ等を備えている。
案内通路４２ａの終端近傍には、第２ハンドリングロボット３０（保持ハンド３１）が順送りされたキャッププラグＣＰを把持して取り出す取出し位置Ｐが設定されている。
すなわち、子部品供給ユニット４０は、補助ホッパ４１によりキャッププラグＣＰを連続的にボールフィーダ４２内に供給し、ボールフィーダ４２によりキャッププラグＣＰを整列させて順送りし、案内通路４２ａの終端に達したキャッププラグＣＰは再び案内通路４２ａの底面に戻すようになっている。

子部品供給ユニット４０´は、ネジプラグＳＰを供給するものであり、図１１及び図１２に示すように、補助ホッパ４１´、ボールフィーダ４２´等を備えている。
補助ホッパ４１´は、図１１及び図１２に示すように、ベルトコンベア４１ａ´を有し、外部からベルトコンベア４１ａ´上に供給されたネジプラグＳＰをボールフィーダ４２´の略中央領域に落下させるようになっている。
ボールフィーダ４２´は、図１１及び図１２に示すように、中央部に位置する最も低い底面から螺旋状に徐々に高くなるように形成された案内通路４２ａ´、案内通路４２ａ´全体に振動を及ぼしてネジプラグＳＰを順送りさせる起振部４２ｂ´等を備えている。
案内通路４２ａ´の終端近傍には、第２ハンドリングロボット３０（保持ハンド３２）が順送りされたネジプラグＳＰを把持して取り出す取出し位置Ｐ´が設定されている。
すなわち、子部品供給ユニット４０´は、補助ホッパ４１´によりネジプラグＳＰを連続的にボールフィーダ４２´内に供給し、ボールフィーダ４２´によりネジプラグＳＰを整列させて順送りし、案内通路４２ａ´の終端に達したネジプラグＳＰは再び案内通路４２ａ´の底面に戻すようになっている。

子部品供給ユニット４０´´は、ワッシャＷを供給するものであり、図１１及び図１２に示すように、補助ホッパ４１´´、ボールフィーダ４２´´等を備えている。
補助ホッパ４１´´は、図１１及び図１２に示すように、ベルトコンベア４１ａ´´を有し、外部からベルトコンベア４１ａ´´上に供給されたワッシャＷをボールフィーダ４２´´の略中央領域に落下させるようになっている。
ボールフィーダ４２´´は、図１１及び図１２に示すように、中央部に位置する最も低い底面から螺旋状に徐々に高くなるように形成された案内通路４２ａ´´、案内通路４２ａ´´全体に振動を及ぼしてワッシャＷを順送りさせる起振部４２ｂ´´等を備えている。
案内通路４２ａ´´の終端近傍には、第２ハンドリングロボット３０（保持ハンド３３）が順送りされたワッシャＷを把持して取り出す取出し位置Ｐ´´が設定されている。
すなわち、子部品供給ユニット４０´´は、補助ホッパ４１´´によりワッシャＷを連続的にボールフィーダ４２´´内に供給し、ボールフィーダ４２´´によりワッシャＷを整列させて順送りし、案内通路４２ａ´´の終端に達したワッシャＷは再び案内通路４２ａ´´の底面に戻すようになっている。

このように、子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´を、補助ホッパ４１，４１´，４１´´及びボールフィーダ４２，４２´，４２´´により構成し、従来のような直進フィーダあるいはエスケープメントを廃止したことにより、集約化を達成でき、設置面積の省スペース化を達成できる。
また、子部品供給４０，４０´，４０´´は、Ｙ方向においてお互いに隣接して配置されると共に、Ｘ方向において第２ハンドリングロボット３０に隣接して配置されているため、第２ハンドリングロボット３０は、短い移動動作により、子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´の取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´に供給された子部品（キャッププラグＣＰ、ネジプラグＳＰ、ワッシャＷ）を取り出して、後述する圧入ユニット５０又は締結ユニット６０の所定位置に搬送（搬入）することができ、子部品の供給、子部品の所定位置への搬送（搬入）という一連の流れを円滑にかつ効率良く行うことができる。

圧入ユニット５０（組付けユニット）は、図１ないし図３に示すように、ベース１０上に設けられており、又、Ｘ方向において第１ハンドリングロボット２０と第２ハンドリングロボット３０の間に配置されている。圧入ユニット５０は、図１３及び図１４に示すように、ベース１０上に固定される略Ｕ字状の冶具フレーム５１、冶具フレーム５１の一端側に保持された圧入ロッド５２、圧入ロッド５２をＹ方向（圧入方向）に往復駆動する駆動アクチュエータ５３等を備えている。
冶具フレーム５１は、図１３に示すように、上方に延出する２つの延出部５１ａ，５１ｂを画定するように側面視にて略Ｕ字状に形成され、一方の延出部５１ａにおいて圧入ロッド５２を往復動自在に支持すると共に駆動アクチュエータ５３を固定し、他方の延出部５１ａにおいてシリンダヘッドＨの一部をＹ方向の前方に向けて当接する当接部５１ｂ´を一体的に備えている。
圧入ロッド５２は、その先端に縮径部５２ａを有し、この縮径部５２ａに対してキャッププラグＣＰの凹部が嵌め込まれるようになっている。
当接部５１ｂ´は、シリンダヘッドＨの一部を当接させて、圧入ロッド５２による圧入荷重を受けることで、シリンダヘッドＨが圧入荷重に押されて位置ずれを生じるのを規制するようになっている。これにより、キャッププラグＣＰを所定の圧入孔Ｈ１に確実に圧入することができる。

また、圧入ユニット５０の冶具フレーム５１には、図１３及び図１４に示すように、シール塗布ユニット５４が設けられている。シール塗布ユニット５４は、シール剤を吐出するノズル５４ａを有し、圧入ロッド５２による圧入動作に先立って、ノズル５４ａによりシール剤を吐出してシリンダヘッドＨの圧入孔Ｈ１に塗布するものである。
このように、シール塗布ユニット５４を設けたことにより、シール剤をシリンダヘッドＨの圧入孔Ｈ１に塗布した後に、圧入ロッド５２によりキャッププラグＣＰを圧入することで、キャッププラグＣＰをシリンダヘッドＨに対して堅固に圧入かつ固着することができる。

締結ユニット６０（組付けユニット）は、図１ないし図３に示すように、ベース１０上に設けられており、又、Ｘ方向において第１ハンドリングロボット２０と第２ハンドリングロボット３０の間にかつ圧入ユニット５０と隣接して配置されている。締結ユニット６０は、図１５及び図１６に示すように、ベース１０上に固定されたフレーム６１、フレーム６１の上方領域に保持されたネジ締めロッド６２、ネジ締めロッド６２を回転駆動すると共にＹ方向に往復駆動する駆動アクチュエータ６３、シリンダヘッドＨの一部に当接する当接板６４、当接板６４をＹ方向（ネジ締めロッド６３の軸線方向）に可動にかつネジ締めロッド６３の軸線回りの回転を規制する回転止めロッド６５等を備えている。
ネジ締めロッド６２は、その先端においてネジプラグＳＰの凹部に回転不能に嵌合される嵌合部６２ａを有し、この嵌合部６２ａに対してネジプラグＳＰの凹部が嵌め込まれるようになっている。
当接板６４は、シリンダヘッドＨの一部に当接して、ネジ締めの際に、シリンダヘッドＨがネジ締めロッド６２と一緒に回転するのを規制するようになっている。これにより、ネジプラグＳＰを所定のネジ孔Ｈ２に確実に締結することができる。尚、ネジプラグＳＰは、予めワッシャＷが組込まれた状態で、ネジ孔Ｈ２に締結される。

ここで、上記圧入ユニット５０及び締結ユニット６０は、Ｘ方向において、第１ハンドリングロボット２０と第２ハンドリングロボット３０の間に配置されている。
したがって、組付けユニット（圧入ユニット５０及び締結ユニット６０）を中心にして、第１ハンドリングロボット２０及び第２ハンドリングロボット３０のハンドリング動作が行われるため、親部品（シリンダヘッドＨ）と子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷ）の搬送距離を短くすることができ、搬送動作を高速化でき、又、搬送に要する時間を短縮化できる。

カメラ９１，９２，９３（撮影手段）は、図３及び図８に示すように、３つの子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´のそれぞれの取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´の上方領域に設けられている。そして、カメラ９１，９２，９３は、取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´上にあるキャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷをそれぞれ撮影して、その画像情報を制御盤１００内の制御ユニットに送り、第２ハンドリングロボット３０を駆動制御する際の制御情報として利用されるようになっている。
ここで、カメラ９１，９，９３は、子部品の姿勢（上下逆か否か）、サイズ違い、子部品の間違い等があるか否かを確認し、その認識情報を制御盤１００に送って、誤組付け等を未然に防止する役割をなしている。
すなわち、第２ハンドリングロボット３０が、子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´の取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´から子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷ）を取り出す際に、カメラ９１，９２，９３で子部品の状態を撮影し、この撮影情報に基づいて第２ハンドリングロボット３０の駆動制御を行うことができ、間違った子部品を取り出すことなく、所望の正しい子部品を確実に取り出すことができる。
尚、間違った子部品は、取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´において、第２ハンドリングロボット３０により取り出して別の排除スペースに排出してもよく、あるいは、監視者が制御盤１００に組込まれた間違いを告知する告知信号に基づいて手作業により取り除いてもよい。

カメラ９４（撮影手段）は、図３及び図８に示すように、圧入ユニット５０の上方領域に設けられている。そして、カメラ９４は、圧入ロッド５２の縮径部５２ａに嵌め込まれるキャッププラグＣＰを撮影して、その画像情報を制御盤１００内の制御ユニットに送り、第２ハンドリングロボット３０及び圧入ユニット５０を駆動制御する際の制御情報として利用されるようになっている。
すなわち、圧入ユニット５０によりキャッププラグＣＰを圧入する際に、キャッププラグＣＰの状態を撮影しつつその撮影情報をフィードバックすることで、所定の圧入孔Ｈ１に確実に圧入することができる。

カメラ９５（撮影手段）は、図３及び図８に示すように、締結ユニット６０の上方領域に設けられている。そして、カメラ９５、ネジ締めロッド６２の嵌合部６２ａに嵌め込まれるネジプラグＳＰを撮影して、その画像情報を制御盤１００内の制御ユニットに送り、第２ハンドリングロボット３０及び締結ユニット６０を駆動制御する際の制御情報として利用されるようになっている。
すなわち、締結ユニット６０によりネジプラグＳＰを締結する際に、ネジプラグＳＰ及びワッシャＷの状態を撮影しつつその撮影情報をフィードバックすることで、所定のネジ孔Ｈ２に確実に締結することができる。

上流側載置台７０は、図１及び図２に示すように、第１ハンドリングロボット２０の移動範囲内において、ベース１０の前方左寄りに配置されて、上流工程から搬入されてきた子部品が組込まれる前のシリンダヘッドＨを載置するようになっている。
下流側載置台８０は、図１及び図２に示すように、第１ハンドリングロボット２０の移動範囲内において、ベース１０の後方左寄りに配置されて、この装置で子部品が組込まれたシリンダヘッドＨを下流工程に搬出するために載置するようになっている。
そして、上流側載置台７０に対して組付け前のシリンダヘッドＨが（例えば、別のロボットにより）搬入されると、第１ハンドリングロボット２０がそのシリンダヘッドＨを把持（保持）して組付け作業を行う所定位置まで搬送し、把持した状態で所定の組付け作業が完了すると、その組付け後のシリンダヘッドＨを下流側載置台８０まで搬送して移載するようになっている。これにより、複数のシリンダヘッドＨに対する子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷ）の組付け作業を連続的に行うことができ、この装置を一連の作業を行う生産システムの一部に容易に組込むことができる。

ここで、上流側載置台７０及び下流側載置台８０は、図１及び図２に示すように、第１ハンドリングロボット２０を挟んでＹ方向に略直線上に並ぶように配置されている。すなわち、上流側載置台７０及び下流側載置台８０は、第１ハンドリングロボット２０，組付けユニット（締結ユニット６０、圧入ユニット５０），及び第２ハンドリングロボット３０の配列方向（Ｘ方向）に略直交するＹ方向に配列されている。
この配置によれば、第１ハンドリングロボット２０がシリンダヘッドＨを保持してハンドリング動作を行う際に、上流工程から組付け作業を行う所定位置までの搬送動作及び所定位置から下流工程への搬送動作を効率良く行うことができ、又、このような装置を組立セルとして連続して接続する際に、設置面積の省スペース化等を達成することができる。

制御盤１００は、ケース１１０の外側においてベース１０上に設けられており、種々の情報を処理して装置全体の制御を司る制御ユニット、組付け動作を確認するモニター、その他の制御機器を備えている。
すなわち、制御盤１００により、第１ハンドリングロボット２０、第２ハンドリングロボット３０、子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´、圧入ユニット５０、及び締結ユニット６０が所定のタイミングで駆動制御されて、全体として円滑で効率の良い組付け作業が行われるようになっている。

上記装置によれば、多関節型の第１ハンドリングロボット２０により、親部品（シリンダヘッドＨ）を保持した状態で、３次元的に搬送すると共に姿勢を変更して所定位置に位置決めし、多関節型の第２ハンドリングロボット３０により子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷ）を所定位置に搬入し、組付けユニット（圧入ユニット５０、締結ユニット６０）により、子部品を親部品に組付けることができる。
すなわち、親部品のハンドリングは第１ハンドリングロボット２０だけで行い、子部品のハンドリングは第２ハンドリングロボット３０だけで行うため、搬入、搬出、移載、位置決め、保持等の種々の動作を行う専用の機構（ユニット）又は装置を設ける場合に比べて、装置を簡素化、低コスト化でき、又、装置の設置面積を省スペース化でき、さらに、組付け作業に要する動作を簡素化でき、それ故に組付け作業に要する時間を短縮化でき、生産性を向上させることができる。さらに、親部品及び子部品の搬送を行うために、従来のようなコンベア等を用いないため、この装置を含む生産システムのレイアウトを自由に設定することができる。

次に、この装置の組付け動作について簡単に説明する。
先ず、上流工程からロボット（不図示）により搬送されてきた子部品を組付ける前のシリンダヘッドＨは、上流側載置台７０に載置される。
第２ハンドリングロボット３０は、組付けに必要な子部品（キャッププラグＣＰ、ネジプラグＳＰ、ワッシャＷ）を子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´の取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´から取り出して把持し、組付けユニット（圧入ユニット５０又は締結ユニット６０）の所定位置（縮径部５２ａ、嵌合部６２ａ、嵌合部６２ａに嵌合保持されたネジプラグＳＰのネジ部あるいは非ネジ部）に搬入して受け渡す。
第２ハンドリングロボット３０によるハンドリング動作は、第１ハンドリングロボット２０によりシリンダヘッドＨが組付けユニットの所定位置に搬送及び位置決めされるハンドリング動作の開始前、あるいは、ハンドリング動作（搬送動作）の最中に行われる。

そして、第１ハンドリングロボット２０は、上流側載置台７０上のシリンダヘッドＨを把持して、組付けユニット（圧入ユニット５０又は締結ユニット６０）の所定位置まで搬送して位置決めする。
ここで、シール剤を塗布する場合は、第１ハンドリングロボット２０は、シール塗布ユニット５４に対応する所定位置にシリンダヘッドＨを搬入して、シール塗布ユニット５４によりシール剤の塗布作業が行われる。

そして、締結作業を行う場合は、第１ハンドリングロボット２０は、シリンダヘッドＨを３次元的に移動させると共に姿勢を変更させて、締結ユニット６０に対応する所定位置に、シリンダヘッドＨを搬入し保持した状態で位置決めする。続いて、締結ユニット６０（ネジ締めロッド６２）が、予めワッシャＷが組込まれたネジプラグＳＰを所定のネジ孔Ｈに締結する。

また、圧入作業を行う場合は、第１ハンドリングロボット２０は、シリンダヘッドＨを３次元的に移動させると共に姿勢を変更させて、圧入ユニット５０に対応する所定位置に、シリンダヘッドＨを搬入し保持した状態で位置決めする。ここで、位置決めは、冶具フレーム５１の当接部５２ｂ´にシリンダヘッドＨの一部を当接させるようにして位置決めする。続いて、圧入ユニット５０（圧入ロッド５２）が、キャッププラグＣＰを所定の圧入孔Ｈ１に圧入する。

上記圧入作業及び締結作業においては、第２ハンドリングロボット３０が子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ，ワッシャＷ）を全て組付けユニット（圧入ユニット５０及び締結ユニット６０）側に受け渡した状態で組付け作業を行う場合について説明したが、これに限らず、第２ハンドリングロボット３０が子部品（キャッププラグＣＰ，ネジプラグＳＰ）を可動に保持した状態で、組付けユニット（圧入ユニット５０、締結ユニット６０）により子部品（キャッププラグＣＰ，ワッシャＷを組込んだネジプラグＳＰ）をシリンダヘッドＨに組付けるようにしてもよい。
これによれば、引き渡し動作を省いて動作を簡素化できると共に、子部品の脱落を確実に防止することができる。

一つのシリンダヘッドＨについて、複数の締結作業及び圧入作業を行う必要がある場合は、第１ハンドリングロボット２０は、シリンダヘッドＨの姿勢を適宜変更して、一連の締結作業及び圧入作業が円滑に行われるように、駆動制御される。
シリンダヘッドＨに対する子部品の組付けが全て完了すると、第１ハンドリングロボット２０は、組付けが完了したシリンダヘッドＨを下流側載置台８０まで搬送し、その上に移載する。
その後、下流側載置台８０上のシリンダヘッドＨは、ロボット（不図示）により下流工程に搬出される。

その後、第１ハンドリングロボット２０は、前述同様に、再び上流側載置台７０上に載置されたシリンダヘッドＨを把持して組付けユニットの所定位置まで搬送して位置決めし、第２ハンドリングロボット３０は、組付けに必要な子部品（キャッププラグＣＰ、ネジプラグＳＰ、ワッシャＷ）を子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´の取出し位置Ｐ，Ｐ´，Ｐ´´から取り出して把持し、組付けユニット（圧入ユニット５０又は締結ユニット６０）の所定位置に搬入して受け渡す。このようにして、シリンダヘッドＨの組付け作業を自動的に連続して行うことができる。
尚、シリンダヘッドＨの機種が変更になり、子部品の種類もそれに対応して変更になっても、同じ装置（設備）で、異なる種類のシリンダヘッドＨの組付け作業を行うことができる。

上記実施形態においては、子部品供給ユニットとして、３つの子部品供給ユニット４０，４０´，４０´´を示したが、１つ又は２つあるいは４つ以上の子部品供給ユニットを配置してもよい。
上記実施形態においては、組付けユニットとして、圧入作業を行う圧入ユニット５０、締結作業を行う締結ユニット６０を示したが、これに限定されるものではなく、圧入ユニット５０又は締結ユニット６０の一方を複数配置してもよく、その他の組付け作業（圧入以外の挿着、落とし込み等）を行うユニットを採用してもよい。
上記実施形態においては、圧入ユニット５０及び締結ユニット６０の圧入方向及び締結方向として水平方向（Ｙ方向）を示したが、これに限定されるものではなく、傾斜方向あるいは上下方向であってもよい。
上記実施形態においては、第２ハンドリングロボット３０が３つの保持ハンド３１，３２，３３を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、１つ又は２つあるいは４つ以上の保持ハンドを備えていてもよく、又、保持ハンドとして一対の把持片により把持する機構を示したが、把持以外の吸着あるいは磁着による保持手法を採用してもよい。
上記実施形態においては、圧入作業を行う場合に、シリンダヘッドＨの一部を当接部５１ｂ´に当接させて位置決めする場合を示したが、これに限定されるものではなく、第１ハンドリングロボット２０の保持ハンド２１の一部を当接部５１ｂ´に当接させるようにしてもよい。
上記実施形態において、駆動力を発生する駆動アクチュエータとしては、モータ、エアシリンダ、油圧シリンダ、エアハイドロ式、ボールネジ式、チェーン駆動式等種々の駆動方式を採用することができる。

以上述べたように、本発明の部品自動組付け装置及び方法は、構造の簡素化、設置面積の省スペース化、組付け作業に要する工程の簡素化、組付け作業に要する時間の短縮化、設備コストの低減化等を達成しつつ、親部品に対して子部品を効率良く高精度に組付けることができ、親部品及び子部品の搬送の際に傷が付くのを防止でき、又、装置の組み替えを行うことなく種々の親部品及び子部品を取り扱って組付け作業を行うことができるため、エンジンの生産システムにおいて適用できるのは勿論のこと、通常の機械部品あるいは電気機器あるいは電子部品等の生産システムにおいても有用である。

Claims (5)

1. 親部品を保持して搬送すると共に所定位置に位置決めするべく３次元的に移動可能でかつ姿勢変更可能な保持ハンドをもつ多関節型の第１ハンドリングロボットと、
   子部品を保持して搬送すると共に所定位置に位置決めするべく３次元的に移動可能でかつ姿勢変更可能な保持ハンドをもつ多関節型の第２ハンドリングロボットと、
   前記第２ハンドリングロボットにより所定位置に搬入された子部品を、前記第１ハンドリングロボットにより保持された親部品に対して組付ける組付けユニットと、を備え
   前記組付けユニットは、子部品を親部品に圧入する圧入ユニットを含み、
   前記圧入ユニットは、前記第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させて圧入荷重を受ける当接部を含む、
   部品自動組付け装置。
2. 前記子部品供給ユニットの取出し位置に供給された子部品を撮影する撮影手段を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の部品自動組付け装置。
3. 前記第１ハンドリングロボットの移動範囲内において、子部品を組付ける前の親部品を載置する上流側載置台と、子部品を組付けた後の親部品を載置する下流側載置台と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の部品自動組付け装置。
4. 前記圧入ユニットは、上方に延出する２つの延出部を含むＵ字状のフレームと、前記フレームの一方の延出部に保持された圧入ロッドと、前記フレームの他方の延出部に設けられた当接部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の部品自動組付け装置。
5. 多関節型の第１ハンドリングロボットにより、親部品を保持して３次元的に搬送すると共に姿勢変更を行って所定位置に位置決めし、
   多関節型の第２ハンドリングロボットにより、子部品を保持して３次元的に搬送すると共に姿勢変更を行って所定位置に位置決めし、
   前記第１ハンドリングロボットにより親部品を保持及び位置決めした状態で、圧入ユニットにより、子部品を親部品に圧入する際に、
   前記圧入ユニットの当接部に前記第１ハンドリングロボットの保持ハンド又は保持した親部品の一部を当接させ、前記圧入ユニットの圧入ロッドによる親部品への圧入荷重を受けるようにした、
   部品自動組付け方法。

Images