JP5983927B2 - パーツの組付装置及びパーツの組付方法 - Google Patents

Description

本発明は、パーツの組付装置及びパーツの組付方法に関する。

情報端末などの組み立て工程では、カバーなどのパーツを多関節のロボットを用いてケースに組み付けている。ロボットの先端のハンドには、パーツを吸着する吸着パッドが取り付けられており、パーツを吸着パッドで吸着した後、ハンドを移動させてパーツを収容トレイからケースの所定位置の上方まで搬送する。次に、ハンドをケースに対して垂直に降下させ、パーツをケースの上に載置し、パーツの吸着を解除してからハンドを退避させる。この後、別のロボットを用いてパーツをケースにネジ止めする。

ここで、従来のハンドは、パーツをケースの所定の位置に正しく位置決めして載置するために、吸着パッドを挟むように、開閉自在な一対の爪を配置したものがある。このハンドでは、最初に一対の爪を開いた状態で、吸着パッドを用いてパーツを吸着保持し、その後に一対の爪を同時に閉じる。パーツが一対の爪に左右から押圧されつつ、吸着パッドに対して相対的に移動することによって、パーツの中心がハンドの中心に一致させられる。

また、組み付け対象となるパーツとケースの組み合わせとしては、ケースに設けられたレールにパーツをスライドさせながら嵌合させるものがある。このタイプのパーツを取り扱うハンドは、パーツをケースの上方から垂直に組み付けることができないので、吸着パッドに加えて、パーツを水平方向に平行に押圧するアームが取り付けられる。アームはエアシリンダに連結されており、水平方向に移動可能になっている。パーツをケースに組み付けるときには、パーツを吸着保持してケースと嵌合可能な位置まで搬送する。続いて、エアシリンダでアームを水平移動させ、アームでパーツをケースに押し込む。パーツは、吸着パッドに対して相対的に移動しながら、ケースのレールに嵌合させられる。

特開平９−２０１７８８号公報 実開平５−６７４８６号公報

パーツには、水平方向に突出する爪が設けられ、パーツを斜めに保持しつつ最初に爪をケースの凹部に挿入し、その後にケースに組みつけられるように構成されたものがある。このタイプのパーツでは、爪をケースの凹部に挿入するときにパーツを押圧する力が爪に集中するので、爪と凹部の接触部分の摩擦抵抗が大きくなる。このときの摩擦抵抗は、パーツの押圧力が微小な部分に集中することから、パーツ全体をスライド移動で嵌合させる場合に比べて大きくなる。このために、アームでパーツを押圧しても、吸着パッドに対してパーツが滑ってしまい、爪を凹部に挿入することができなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、爪を挿入するタイプのパーツを確実に組み付けられるようにすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、ワークの開口部に設けられた凹部に嵌合可能で第１の方向に突出する凸部を有するパーツを吸着保持するパッド部と、前記パッド部を前記第１の方向にスライド自在に支持するベース部と、前記パーツの側部に当接可能で、前記ベース部と一体に移動して前記パーツを前記第１の方向と反対の方向に押圧可能なガイド部と、前記ベース部に対して前記パッド部を前記第１の方向と反対の方向に向けて付勢する付勢部材と、前記凸部と前記凹部を当接させるにあたり前記パーツを前記開口部に対して傾斜させ、前記凸部と前記凹部を嵌合させた後に前記ガイド部を前記ワークから退避させる際には前記開口部に対して前記パーツを平行に配置し、前記パッド部のスライド方向と交差する方向に前記ガイド部を移動させる制御装置と、を含むことを特徴とするパーツの組付装置が提供される。

また、実施形態の別の観点によれば、ベース部に対してスライド移動可能なパッド部に、凸部を有するパーツを吸着保持する工程と、前記パーツを組み付け可能なワークの開口部に形成されている凹部に前記パーツの前記凸部を嵌合可能に当接させる工程と、前記凸部と前記凹部に前記凸部を嵌合させる方向に前記ベース部を移動させることによって、前記ベース部に対して前記パッド部をスライド移動させ、前記ベース部に取り付けられたガイド部を前記パーツの前記凸部と反対側の側部に当接させる工程と、前記ベース部をさらに前記凸部と前記凹部を嵌合させる方向に移動させることによって前記ガイド部で前記パーツを押圧し、前記凸部と前記凹部を嵌合させる工程と、前記凸部と前記凹部を嵌合させた後、前記ガイド部を前記ワークから退避させる際に前記開口部に対して前記パーツを平行に配置し、前記パッド部のスライド方向と交差する方向に前記ガイド部を移動させる工程と、を含み、前記凹部に前記パーツの前記凸部を嵌合可能に当接させる工程は、前記パーツを前記開口部に対して傾斜して配置する工程を有することを特徴とするパーツの組付方法が提供される。

パッド部をスライド移動させることによって、ガイド部をパーツに当接させることが可能になる。ガイド部でパーツを押圧することによって、パッド部とパーツの位置ずれを防止しつつ、大きい力でパーツを組み付けることが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付装置のハンドと、カバー及びケースの概略構成の一例を拡大して示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その１）。 図４は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その２）。 図５は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その３）。 図６は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その４）。 図７は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その５）。 図８は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付方法の一例を説明する図である（その６）。 図９は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付装置の効果の一例を説明するための図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付装置の変形例の一例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係るパーツの組付装置の別の変形例の一例を示す図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

図１に概略構成を示すように、パーツの組付装置１は、多関節のロボット２の先端にハンド３が取り付けられている。また、パーツの組付装置１には、ロボット２及びハンド３の動作を制御する制御装置４が設けられている。制御装置４には、ティーチング用の操作用ペンダント５が接続されている。さらに、ロボット２には、ハンド３でパーツを吸着保持するときに用いられる排気ポンプ６が接続されている。

図１と、図２にパーツを保持した状態のハンドの拡大図を示すように、ハンド３は、ロボット２に固定されたベース部１１を有する。ベース部１１の下部には、パーツを吸着保持する吸着パッド部１２が第１のコンプライアンス機構１５を介して水平移動可能に取り付けられている。さらに、ベース部１１の側部には、第２のコンプライアンス機構１６を有するガイド部１３が、パーツを押圧可能に取り付けられている。

ベース部１１は、下面にスライドレール２１が第１の方向であるＸ方向に平行に敷設されており、スライドレール２１の両脚部１１Ａ，１１Ｂのそれぞれが下方に延びることで、全体として門型形状になっている。

ベース部１１のスライドレール２１には、吸着パッド部１２がスライド自在に取り付けられている。吸着パッド部１２は、スライドレール２１に移動自在に嵌め込まれたスライダ３１を有する。スライダ３１の下面には、２つの支柱３２が所定の間隔を空けて配置されている。各支柱３２の下端には、吸着パッド２４が１つずつ下向きに取り付けられている。さらに、各吸着パッド２４の下面には、吸着孔２５が開口しており、吸着孔２５は内部流路２６を介して排気管２７に接続されている。排気管２７は、図１に示す排気ポンプ６に接続されるチューブである。

さらに、吸着パッド部１２のスライダ３１には、付勢部材であるコイルバネ２２の一端部が取り付けられている。コイルバネ２２の他端部は、ベース部１１の一方の脚部１１Ａに固定されている。コイルバネ２２は、吸着パッド部１２を挟むように２つ装着されている。コイルバネ２２の数は、１つでも良いし、３つ以上でも良い。吸着パッド部１２は、コイルバネ２２によってベース部１１の一方の脚部１１Ａに向けて付勢されており、外部からの力が作用しない初期状態では、一方の脚部１１Ａに密着している。ベース部１１の他方の脚部１１Ｂには、ストッパ２３が設けられており、吸着パッド部１２の可動範囲は、一方の脚部１１Ａからストッパ２３に当接するまでの範囲である。

ここで、この実施の形態における第１のコンプライアンス機構１５は、ベース部１１のスライドレール２１と、吸着パッド部１２のスライダ３１と、コイルバネ２２とによって構成されており、吸着パッド部１２をベース部１１に対して弾性的に、かつＸ方向にスライド可能に支持する機能を有する。第１のコンプライアンス機構１５において、吸着パッド部１２を弾性的に支持する手段は、コイルバネ２２に限定されず、板バネ等を用いても良い。

また、ガイド部１３は、コイルバネ２２の反対側に配置された他方の脚部１１Ｂの側面に固定されている。ガイド部１３は、容器４１と、容器４１内に一部が挿入された押し込み部材４２とを有し、容器４１の内部には付勢部材である圧縮コイルバネ４３が装着されている。圧縮コイルバネ４３の上端は、容器４１の上面に当接し、他端は押し込み部材４２の上端のフランジ４２Ａに当接している。押し込み部材４２は、容器４１の底部に形成された開口部４１Ａに通されている。開口部４１Ａの大きさは、押し込み部材４２のフランジ４２Ａの大きさより小さい。このために、押し込み部材４２が容器４１の開口部４１Ａから抜け落ちることはない。押し込み部材４２の先端部は、略垂直に曲げられることによって、押圧部４５を形成している。押圧部４５は、吸着パッド部１２の移動方向である第１の方向Ｘと平行に延びている。

ここで、この実施の形態の第２のコンプライアンス機構１６は、容器４１と、押し込み部材４２と、圧縮コイルバネ４３とで構成されており、押し込み部材４２を圧縮コイルバネ４３によって弾性的に、かつＹ方向（第２の方向）にスライド可能に支持する機能を有する。第２のコンプライアンス機構１６において、押し込み部材４２を弾性的に支持する手段は、圧縮コイルバネ４３に限定されず、板バネ等を用いても良い。

次に、パーツの組み付け方法について説明する。
最初に、図２を参照して、組み付けた対象となるパーツと、パーツを組み付けるワークであるケースの一例について説明する。この実施の形態において、パーツは、ケース５０に組み付けられるカバー５１である。カバー５１は、板状の本体部５２を有し、本体部５２の一方の側部からは１つの爪５３（凸部）が本体部５２と平行、即ちＸ方向に突出している。一方、ケース５０は、カバー５１の本体部５２の外形に略等しい開口部５５を有し、開口部５５の一部にカバー５１の爪５３を嵌合可能な凹部５６が形成されている。

続いて、図２に示す配置に至るまでの工程について説明する。
カバー５１は、初期状態では不図示の収容トレイに複数収容されている。制御装置４は、ロボット２を駆動させて、ハンド３の２つの吸着パッド２４をカバー５１の上面に密着させる。初期状態では、吸着パッド部１２が第１のコンプライアンス機構１５のコイルバネ２２の収縮力によってベース部１１の一方の脚部１１Ａに密着しており、カバー５１と押し込み部材４２の押圧部４５との間には隙間が形成されている。この状態で、制御装置４は、排気ポンプ６を運転させて、２つ吸着パッド２４でカバー５１を吸着保持させる。この後、ロボット２を駆動させてカバー５１を持ち上げて収容トレイから取り出し、ケース５０の開口部５５の上方まで搬送する。ケース５０は、不図示の作業台などに予め位置決めした状態で固定されている。

次に、図３に示す配置に至るまでの工程について説明する。
制御装置４は、ハンド３を斜めに傾斜させ、爪５３が設けられているカバー５１の一端部側を下げる。このとき、ベース部１１の傾斜と、コイルバネ２２の圧縮によって吸着パッド部１２は最も一端側の位置、即ち一方の脚部１１Ａに当接している。この状態でハンド３を下げて、爪５３の高さとケース５０の凹部５６の高さとを一致させる。続いて、ハンド３をＸ方向と平行な、矢印ＹＡ１に示す方向に平行移動させ、凹部５６に爪５３を嵌合可能に当接させる。このとき、最初に凹部５６に爪５３が当接し、カバー５１とケース５０の間の摩擦抵抗が大きくなる。

このとき、カバー５１とケース５０の間の摩擦抵抗が大きいため、カバー５１を吸着保持しているだけの吸着パッド部１２では、摩擦抵抗に打ち勝って、カバー５１の爪５３を凹部５６に押し込むだけの力をカバー５１に与えることはできない。従って、図４に示すように、ケース５０に対するカバー５１及び吸着パッド部１２の位置は移動せずに、ベース部１１のみが矢印ＡＹ１に示す方向に移動する。このとき、第１のコンプライアンス機構１５のコイルバネ２２が矢印ＡＹ２の方向に延びることによって、吸着パッド部１２はベース部１１に対して相対的にスライドし、他方の脚部１１Ｂに向かって移動する。その結果、ハンド３に対するカバー５１の相対的な位置が変化する。このように、爪５３と凹部５６の間で発生した摩擦抵抗を第１のコンプライアンス機構１５で受けることによって、吸着パッド２４とカバー５１の位置ずれが防止される。

そして、ハンド３をさらに矢印ＡＹ１に示すように、カバー５１を凹部５６に押し込む方向に移動させると、図５に示すように、ベース部１１の他方の脚部１１Ａ側に取り付けられている押し込み部材４２の押圧部４５がカバー５１の他端部に当接する。

ここで、押し込み部材４２は、カバー５１の押し込み方向に対しては、ハンド３と一体に移動するように構成されている。このために、これ以降は、矢印ＡＹ１に示す方向にハンド３を移動させると、カバー５１が側方から押し込み部材４２で矢印ＡＹ１に示す方向に直接押される。そして、吸着パッド部１２は、矢印ＡＹ２に示す方向の相対的な移動を停止し、ベース部１１と一体にとなって反対方向、この場合には矢印ＡＹ１に示す方向に移動する。これによって、吸着パッド２４のみで吸着保持していたときに比べて大きい力で爪５３が凹部５６に押し込まれる。その結果、図６に示すように、カバー５１の爪５３がケース５０の凹部５６に挿入され、両者が嵌合される。

爪５３と凹部５６を嵌合させたら、図７の矢印ＡＹ３に示すように、ハンド３を反対方向、即ち、爪５３と凹部５６の係合箇所から遠ざかる方向に移動させる。このとき、爪５３と凹部５６が嵌合しているので、カバー５１は移動しない。これに伴って、カバー５１を吸着保持する吸着パッド部１２の位置は移動しない。一方、吸着パッド部１２は、第１のコンプライアンス機構１５のコイルバネ２２の復元力によって、ベース部１１に対して矢印ＡＹ４に示す方向に相対的に移動し、一方の脚部１１Ａ側に移動する。このように、ハンド３のベース部１１は移動するが、吸着パッド部１２とカバー５１は移動しない。その結果、ベース部１１と一体となって移動する押し込み部材４２がカバー５１の側部から離れる。

この後、ハンド３の姿勢を水平に戻しながら降下させると、図８に示すように、カバー５１がケース５０の開口部５５を覆うように載置される。このとき、押し込み部材４２はケース５０の上部に当接するが、第２のコンプライアンス機構１６の圧縮コイルバネ４３が圧縮されることによって、矢印ＡＹ５に示すようにＹ方向で上向きに移動し、容器４１内に引き込まれる。この後、吸着パッド２４の吸着を解除してカバー５１の保持を解消してから、ハンド３を上昇させて退避させる。ここまでの工程で、ケース５０へのカバー５１の組み付けが完了する。

以上、説明したように、この実施の形態では、カバー５１を吸着する吸着パッド部１２を第１のコンプライアンス機構１５によってスライド可能にベース部１１に取り付けると共に、カバー５１を凹部５６に向けて押し込む押し込み部材４２を吸着パッド部１２の側部に設けた。このパーツの組付装置１では、吸着パッド部１２をスライド移動させることによって、押し込み部材４２をカバー５１の側面に当接させることができる。このために、吸着パッド部１２とカバー５１の位置ずれを防止しつつ、大きい力で爪５３を凹部５６に挿入できる。

ここで、カバー５１などのパーツの種類によっては、吸着保持できる位置が限定されることがある。また、パーツの形状や大きさによって吸着する場所が変化することがある。例えば、図９に示すハンド１０１のように、吸着パッド３３と押し込み部材４２の位置が固定されている場合、図９（ａ）に示すパーツ１０２のような形状であれば、押し込み部材４２をパーツ１０２の側部に押し当てることができる。これに対して、図９（ｂ）に示すパーツ１１０のように、吸着可能な場所が限られていると、押し込み部材４２をパーツ１１０の側部に押し当てることができなくなる。このように、吸着パッド３３と押し込み部材４２の位置が固定された構成では、パーツ毎にハンドを製造しなければならかった。しかしながら、この実施の形態では、吸着パッド部１２と押し込み部材４２の位置を相対的に変化させることができるので、パーツの種類によらずに組み付けが可能になる。

また、押し込み部材４２をケース５０の上面に直交する方向（Ｙ方向）に移動可能に構成したので、押し込み部材４２がカバー５１の組み付けの邪魔になることはない。

ここで、実施形態の変形例について説明する。
図１０に示すパーツであるカバー５１Ａは、ケース５０の開口部５５の深さに対して大きい厚さを有する。このようなカバー５１Ａを組み付ける組付装置１のハンド６０は、ベース部１１に押し込み部材６１が固定されている。押し込み部材６１の長さは、カバー５１Ａをケース５０に組み付けたときに、カバー５１Ａと干渉しない長さになっている。このハンド６０では、第１のコンプライアンス機構１５を利用して押し込み部材６１をカバー５１Ａの側面に当接させ、押し込み部材６１でカバー５１Ａを側方から押圧することによって、爪５３をケース５０の凹部５６に嵌合させる。この後、ハンド６０の姿勢を水平に戻す。このとき、カバー５１Ａの一部がケース５０の開口部５５から突出する。そして、押し込み部材６１は、カバー５１の突出部分５２Ａのみに当接しているので、カバー５１と押し込み部材６１が干渉することはない。このような組付装置１では、第２のコンプライアンス機構１６を有しない構成においても、カバー５１Ａを確実に組み付けることができる。

また、図１１に示すハンド７０は、ガイド部７１を有する。ガイド部７１は、ベース部１１内に埋め込まれたシリンダ７２を有し、シリンダ７２のロッド７２Ａにピン７３を介して押し込み部材７５が回動自在に連結されている。シリンダ７２のロッド７２Ａは、Ｘ方向と平行に配置されており、ロッド７２Ａの下側には、支持片７６が取り付けられている。このハンド７０における第２のコンプライアンス機構７７は、シリンダ７２とピン７３と、押し込み部材７５と、支持片７６とで構成されている。

カバー５１を押し込むときには、ロッド７２Ａを突出させて押し込み部材７５を垂直（Ｙ方向に平行）に立てる。その後、前記と同様にしてカバー５１の爪５３をケース５０の凹部５６に押し込む。カバー５１をケース５０の開口部５５に収めるときには、制御装置４がシリンダ７２を引き戻す。ピン７３でロッド７２Ａに連結された押し込み部材７５が支持片７６との接点を基点にして矢印に示す方向に回動し、押し込み部材７５がケース５０の上方から退避する。従って、押し込み部材７５がカバー５１の組み付けの邪魔になることはない。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

１１ ベース部
１２ 吸着パッド部
１３ ガイド部
２２ コイルバネ（付勢部材）
５０ ケース（ワーク）
５１ パーツ
５３ 爪（凸部）
５６ 凹部
Ｘ 第１の方向

Claims (3)

1. ワークの開口部に設けられた凹部に嵌合可能で第１の方向に突出する凸部を有するパーツを吸着保持するパッド部と、
   前記パッド部を前記第１の方向にスライド自在に支持するベース部と、
   前記パーツの側部に当接可能で、前記ベース部と一体に移動して前記パーツを前記第１の方向と反対の方向に押圧可能なガイド部と、
   前記ベース部に対して前記パッド部を前記第１の方向と反対の方向に向けて付勢する付勢部材と、
   前記凸部と前記凹部を当接させるにあたり前記パーツを前記開口部に対して傾斜させ、前記凸部と前記凹部を嵌合させた後に前記ガイド部を前記ワークから退避させる際には前記開口部に対して前記パーツを平行に配置し、前記パッド部のスライド方向と交差する方向に前記ガイド部を移動させる制御装置と、
   を含むことを特徴とするパーツの組付装置。
2. 前記ガイド部は、前記第１の方向と直交する方向に移動可能に前記ベース部に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のパーツの組付装置。
3. ベース部に対してスライド移動可能なパッド部に、凸部を有するパーツを吸着保持する工程と、
   前記パーツを組み付け可能なワークの開口部に形成されている凹部に前記パーツの前記凸部を嵌合可能に当接させる工程と、
   前記凸部と前記凹部に前記凸部を嵌合させる方向に前記ベース部を移動させることによって、前記ベース部に対して前記パッド部をスライド移動させ、前記ベース部に取り付けられたガイド部を前記パーツの前記凸部と反対側の側部に当接させる工程と、
   前記ベース部をさらに前記凸部と前記凹部を嵌合させる方向に移動させることによって前記ガイド部で前記パーツを押圧し、前記凸部と前記凹部を嵌合させる工程と、
   前記凸部と前記凹部を嵌合させた後、前記ガイド部を前記ワークから退避させる際に前記開口部に対して前記パーツを平行に配置し、前記パッド部のスライド方向と交差する方向に前記ガイド部を移動させる工程と、
   を含み、
   前記凹部に前記パーツの前記凸部を嵌合可能に当接させる工程は、前記パーツを前記開口部に対して傾斜して配置する工程を有することを特徴とするパーツの組付方法。
   

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