JP6025658B2 - コネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタをコネクタ挿入孔に挿入するためのコネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置に関する。

従来、例えば、自動車あるいはその関連部品等の生産ラインでは、生産効率を高める観点から多数のロボットが用いられている。生産効率を高めるためには、ロボットにより可能な工程はできるだけロボットに行わせることが望ましい。例えば、ハンド部に２つの把持指を有するロボットを用い、電気機器のコネクタ挿入孔にコネクタを挿入する工程を自動化することが考えられる。これに関連するものとして、例えば下記特許文献１では、アーム部の先端に設けられたハンド部によりコネクタを把持し、コンプライアンス制御を用いてコネクタを固定部に挿入することが提案されている。

特開平４−１８９４９５号公報

ところで、コネクタの基端側には通常、複数の導線を束ねたハーネスが接続されている。ロボットの把持指によりコネクタを把持して、コネクタをコネクタ挿入孔に挿入する場合に、ハーネスによる拘束力、すなわちハーネスがコネクタを基端方向（コネクタ挿入孔から離す方向）に引っ張る力が発生すると、コネクタがコネクタ挿入孔から外れてしまい、コネクタのコネクタ挿入孔への挿入がうまく行われないことが懸念される。

このような課題を考慮し、本発明は、２つの把持指を用いて、コネクタをコネクタ挿入孔に適切に挿入することができるコネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、互いに対向可能な２つの把持指を有するハンド部を用いて電気機器のコネクタ挿入孔にコネクタを挿入するためのコネクタ挿入方法であって、前記２つの把持指で前記コネクタを把持する把持工程と、前記２つの把持指で把持された前記コネクタの先端部を前記コネクタ挿入孔に挿入する挿入工程と、前記先端部が前記コネクタ挿入孔に挿入された前記コネクタを一方の前記把持指により押圧して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の内側面に押し付ける押付工程と、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の前記内側面に押し付けた状態で、他方の前記把持指を、前記コネクタの基端部側に移動させる移動工程と、前記他方の把持指により前記コネクタを押して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔に押し込む押込工程と、を含むことを特徴とする。

上記のコネクタ挿入方法によれば、コネクタ挿入孔にコネクタを途中まで挿入した状態で、一方の把持指によりコネクタをコネクタ挿入孔の内側面に押し付けることにより、コネクタが一時的に固定される。このため、コネクタに接続されたハーネスの拘束力によって、コネクタ挿入孔とは反対方向にコネクタを引っ張る力が作用した場合でも、コネクタがコネクタ挿入孔から抜け出ることがない。そして、他方の把持指によりコネクタ挿入孔とは反対側からコネクタを押して、コネクタを押し込むため、コネクタをコネクタ挿入孔の所定位置まで確実に挿入することができる。

また、本発明は、電気機器のコネクタ挿入孔にコネクタを挿入するためのコネクタ挿入装置であって、互いに対向可能な２つの把持指を持つハンド部を有するロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記２つの把持指で前記コネクタを把持する工程と、前記２つの把持指で把持された前記コネクタの先端部を前記コネクタ挿入孔に挿入する工程と、前記先端部が前記コネクタ挿入孔に挿入された前記コネクタを一方の前記把持指により押圧して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の内側面に押し付ける工程と、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の前記内側面に押し付けた状態で、他方の前記把持指を、前記コネクタの前記コネクタ挿入孔に挿入される側に対して反対側に移動させる工程と、前記他方の把持指により前記反対側から前記コネクタを押して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔に押し込む工程と、を行うように前記ロボットを制御することを特徴とする。

上記のコネクタ挿入装置によれば、ハーネスによる拘束力がコネクタに作用した場合でも、他方の把持指をコネクタから離間させた際にコネクタがコネクタ挿入孔から抜け出ることがない。従って、コネクタをコネクタ挿入孔の所定位置まで確実に挿入することができる。

本発明のコネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置によれば、２つの把持指を用いて、コネクタをコネクタ挿入孔に適切に挿入することができる。

本発明の一実施形態に係るコネクタ挿入装置の概略構成図である。 図１に示したコネクタ挿入装置におけるハンド部の斜視図である。 図３Ａは、コネクタ挿入方法を説明する第１の図であり、図３Ｂは、コネクタ挿入方法を説明する第２の図であり、図３Ｃは、コネクタ挿入方法を説明する第３の図であり、図３Ｄは、コネクタ挿入方法を説明する第４の図である。 図４Ａは、コネクタ挿入方法を説明する第５の図であり、図４Ｂは、コネクタ挿入方法を説明する第６の図であり、図４Ｃは、コネクタ挿入方法を説明する第７の図である。

以下、本発明に係るコネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るコネクタ挿入装置１０の概略構成図である。コネクタ挿入装置１０は、図３Ａ等に示す電気機器のコネクタ挿入孔７５にコネクタ７０を挿入するための装置である。このコネクタ挿入装置１０は、ロボット１２と、このロボット１２を制御する制御部１４とを備える。

実施形態において、ロボット１２は、複数の駆動軸を有する多関節ロボットである。具体的には、ロボット１２は、ベース台１６と、鉛直な駆動軸を中心としてベース台１６に回動可能に支持された旋回部１８と、旋回部１８に回動可能に支持された多関節アーム２０と、多関節アーム２０の先端に設けられたハンド部２２とを有する。

ロボット１２は、複数のアーム２０ａ〜２０ｃを有する多関節アーム２０の動作により、３次元空間上でハンド部２２の位置及び姿勢を変化させる。ロボット１２は、制御部１４の制御により、ロボット１２に設けられた各駆動軸が数値制御され、３次元空間上でのハンド部２２の位置及び姿勢が制御されるようになっている。

図２は、ハンド部２２の斜視図である。ハンド部２２は、コネクタ７０を把持可能な把持機構として構成される。ハンド部２２は、２つの把持指２４ａ、２４ｂと、各把持指２４ａ、２４ｂを移動させる２つの移動機構２６ａ、２６ｂと、２つの移動機構２６ａ、２６ｂが取り付けられたベース部２８とを有する。本実施形態において、各把持指２４ａ、２４ｂは、平面状の把持面２５を有する棒状に構成され、互いに平行に配置される。

２つの把持指２４ａ、２４ｂは互いに対向可能である。２つの把持指２４ａ、２４ｂは、動作位置によって、それらの把持面２５同士が対向する位置となる場合（図２中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の位置が一致する場合）もあるが、把持面２５同士が対向する位置とならない場合もある。

一方の把持指２４ａを移動させるための移動機構２６ａは、ベース部２８に対してＹ方向（ベース部２８の延在方向）にスライド可能な第１移動部３０ａと、第１移動部３０ａに対してＺ方向にスライド可能な第２移動部３２ａと、第２移動部３２ａに対してＸ方向に移動可能な第３移動部３４ａとを有する。把持指２４ａは、６軸力覚センサ２７ａを介して、第３移動部３４ａの先端に取り付けられる。従って、把持指２４ｂは、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の直交３軸の動作が可能である。

第１移動部３０ａは、第１駆動部３６の作用によりベース部２８に対してＹ方向にスライド可能である。第１駆動部３６は、サーボモータ４０と、ボールネジ及びナットからなるボールネジ機構３８とを有する。サーボモータ４０は、制御部１４により駆動制御され、これにより、把持指２４ａのＹ方向の位置が制御される。

第２移動部３２ａは、第２駆動部４２の作用により第１移動部３０ａに対してＺ方向にスライド可能である。第２駆動部４２は、サーボモータ４４と、ボールネジ及びナットからなるボールネジ機構４６とを有する。サーボモータ４４は、制御部１４により駆動制御され、これにより、把持指２４ａのＺ方向の位置が制御される。

第３移動部３４ａは、第３駆動部４８の作用により第２移動部３２ａに対してＸ方向にスライド可能である。第３駆動部４８は、サーボモータ５０と、ボールネジ及びナットからなボールネジ機構５２とを有する。サーボモータ５０は、制御部１４により駆動制御され、これにより、把持指２４ａのＸ方向の位置が制御される。

他方の把持指２４ｂを移動させる移動機構２６ｂは、第１駆動部５４の作用によりベース部２８に対してＹ方向にスライド可能な第１移動部３０ｂと、第２駆動部５６の作用により第１移動部３０ｂに対してＺ方向にスライド可能な第２移動部３２ｂと、第３駆動部５８の作用により第２移動部３２ｂに対してＸ方向に移動可能な第３移動部３４ｂとを有する。把持指２４ｂは、６軸力覚センサ２７ｂを介して、第３移動部３４ｂの先端に取り付けられる。従って、他方の把持指２４ｂは、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の直交３軸の動作が可能である。

他方の移動機構２６ｂにおける第１移動部３０ｂ、第２移動部３２ｂ及び第３移動部３４ｂは、それぞれ、上述した一方の移動機構２６ａにおける第１移動部３０ａ、第２移動部３２ａ及び第３移動部３４ａと同様に構成される。

また、他方の移動機構２６ｂにおける第１駆動部５４、第２駆動部５６及び第３駆動部５８は、それぞれ、上述した一方の移動機構２６ａにおける第１駆動部３６、第２駆動部４２及び第３駆動部４８と同様に構成される。

上記のように構成される各移動機構２６ａ、２６ｂにより、２つの把持指２４ａ、２４ｂを個別に移動させることができる。すなわち、制御部１４の制御作用下に、各移動機構２６ａ、２６ｂにより各把持指２４ａ、２４ｂをＸ方向、Ｙ方向又はＺ方向に移動させることにより、ベース部２８に対する２つの把持指２４ａ、２４ｂの位置を個別に調整することが可能である。

ベース部２８には、ブラケット６０を介してカメラ６２が取り付けられる。カメラ６２は、把持指２４ａ、２４ｂ側を指向しており、把持指２４ａ、２４ｂ及びその周辺を撮像可能な視野を有する。カメラ６２により撮像される画像情報は、制御部１４に送信され、制御部１４においてパターンマッチングを行い、把持部により把持されたコネクタ７０の位置及び姿勢を認識することが可能である。

なお、本実施形態におけるハンド部２２では、直交３軸の機構で構成された移動機構２６ａ、２６ｂにより２つの把持指２４ａ、２４ｂを個別に移動させる構成となっているが、ハンド部２２の構成はこれに限られない。例えば、ハンド部２２において、直線動作と回転動作が可能な移動機構を把持指２４ａ、２４ｂ毎に設け、それらの移動機構により２つの把持指２４ａ、２４ｂを個別に移動させる構成としてもよい。

一方の移動機構２６ａにおける第１駆動部３６、第２駆動部４２及び第３駆動部４８は、それぞれボールネジ機構３８、４６、５２により構成されるものに限られない。従って、第１駆動部３６、第２駆動部４２及び第３駆動部４８は、それぞれ、ボールネジ機構以外の形態のアクチュエータ、例えば、ラックアンドピニオン、シリンダ装置等により構成されてもよい。同様に、他方の移動機構２６ｂにおける第１駆動部５４、第２駆動部５６及び第３駆動部５８も、ボールネジ機構以外の形態のアクチュエータ、例えば、ラックアンドピニオン、シリンダ装置等により構成されてもよい。

図１に示す制御部１４は、ロボット１２の多関節アーム２０の先端位置（ハンド部２２の位置）を数値制御するだけでなく、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５に挿入する際に、ハンド部２２の動作をコンプライアンス制御することが可能である。すなわち、コネクタ挿入装置１０は、コンプライアンス制御を用いて、ハンド部２２により把持したコネクタ７０を、コネクタ挿入孔７５に挿入することができる。

本実施形態に係るコネクタ挿入装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について、本発明の実施形態に係るコネクタ挿入方法との関係で説明する。対象となるコネクタ７０は、図３Ａ等に示すように、コネクタ７０（オスコネクタ）の基端部にハーネス７２の一端が接続されたものであり、電子機器に設けられた接続部材７４（メスコネクタ）のコネクタ挿入孔７５（接続ポート）に当該コネクタ７０を挿入する。ハーネス７２は、図示しない他の電子機器から延出している。以下の説明において、コネクタ挿入装置１０の動作は、特に言及しない場合でも、制御部１４の制御作用下に行われるものとする。

コネクタ７０を接続部材７４のコネクタ挿入孔７５に挿入するために、先ず、制御部１４の制御作用下に、ロボット１２の多関節アーム２０を動作させて、カメラ６２がコネクタ７０を撮像できる位置（コネクタ認識可能位置）までハンド部２２を移動させる。そして、ハンド部２２がコネクタ認識可能位置まで移動したら、カメラ６２によりコネクタ７０を撮像するとともに、パターンマッチングを行うことによりコネクタ７０の位置及び姿勢を認識する。具体的には、制御部１４には、対象となるコネクタ７０の３次元形状モデル（３Ｄデータ）が記憶されており、撮像したコネクタ７０の画像情報と３Ｄデータとを照合することにより、コネクタ７０の位置及び姿勢を認識する。

コネクタ７０の位置及び姿勢を認識したら、制御部１４の制御作用下に、ハンド部２２を把持位置まで移動するとともに、各移動機構２６ａ、２６ｂを動作させて、図３Ａに示すように、２つの把持指２４ａ、２４ｂによりコネクタ７０を把持する（把持工程）。この場合、２つの把持指２４ａ、２４ｂを互いに対向するように位置させ、コネクタ７０の互いに反対側の側面７０ａ、７０ｂ（一方の側面７０ａと他方の側面７０ｂ）にそれぞれ把持指２４ａ、２４ｂを当接させて、コネクタ７０を把持する。接続部材７４に対するコネクタ７０の相対位置及び姿勢が、ロボット１２のカメラ６２により撮像して把持指２４ａ、２４ｂにより把持できる範囲を外れている場合には、予め作業員の手作業により、カメラ６２により撮像でき把持指２４ａ、２４ｂにより把持できる範囲にコネクタ７０を移動してもよい。

なお、把持指２４ａ、２４ｂによりコネクタ７０を把持した後、再びコネクタ７０の位置及び姿勢をパターンマッチングにより認識し、把持した際のコネクタ７０の位置ずれが発生していないかどうかを確認してもよい。

把持指２４ａ、２４ｂによりコネクタ７０を把持したら、次に、カメラ６２により撮像している画像情報から、制御部１４に記憶されている、接続部材７４の開口側部分７６の３次元形状モデル（３Ｄデータ）を用いてパターンマッチングを行い、接続部材７４の開口側部分７６の位置及び姿勢を認識する。そして、コネクタ７０の位置及び姿勢と、接続部材７４の開口側部分７６の位置及び姿勢とから、コネクタ７０と接続部材７４（コネクタ挿入孔７５）との相対位置を算出する。

次に、算出された相対位置に基づき、制御部１４の制御作用下に、コネクタ７０の先端面７１が接続部材７４のコネクタ挿入孔７５に対向する位置に来るように、コネクタ７０を把持したハンド部２２の位置及び姿勢を変化させる。これにより、図３Ｂに示すように、接続部材７４のコネクタ挿入孔７５に対向する位置にコネクタ７０を配置する。すなわち、コネクタ７０の先端面７１を、接続部材７４のコネクタ挿入孔７５の真正面に位置させる。

次に、制御部１４の制御作用下に、図３Ｃに示すように、コネクタ７０を把持した２つの把持指２４ａ、２４ｂを接続部材７４側に向かって移動させることにより、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の途中位置まで挿入する（挿入工程）。すなわち、ここでは、先ず、コネクタ７０の先端部７０ｃだけをコネクタ挿入孔７５の入口部分に挿入する。

次に、先端部７０ｃがコネクタ挿入孔７５に挿入されたコネクタ７０を一方の把持指２４ａにより押圧して、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の内側面７８（一方の把持指２４ａとは反対側の内側面７８）に押し付ける（押付工程）。これにより、コネクタ７０と当該内側面７８との間の摩擦力が大きくなり、先端部７０ｃだけがコネクタ挿入孔７５に挿入されたコネクタ７０が、一時的に接続部材７４に対して固定される。

次に、図３Ｄに示すように、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の内側面７８に押し当てた状態を維持しつつ、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０から離間させる。図４Ａは、図３Ｄにおいて、コネクタ７０及び接続部材７４を矢印Ａの方向から見た概略図である。このとき、一方の把持指２４ａによりコネクタ７０が内側面７８に押し付けられてコネクタ７０が固定された状態となっていることから、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０から離間させても、ハーネス７２による拘束力に起因してコネクタ７０が接続部材７４から外れる（抜け出る）ことはない。すなわち、ハーネス７２がコネクタ７０を基端方向に引っ張るように作用しても、一方の把持指２４ａでコネクタ７０を内側面７８に押し付けることによる固定力の方が、ハーネス７２による引っ張り力よりも大きいため、コネクタ７０が接続部材７４から外れることが防止される。

次に、図４Ａに示すように、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の内側面７８に押し当てた状態で、他方の把持指２４ｂを、コネクタ７０の基端部側（コネクタ挿入孔７５に挿入される側に対して反対側）に移動させる（移動工程）。これにより、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０の基端部（基端面７０ｄ）に当接させる。なお、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０から離間させる動作と、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０の基端部側に移動させる動作とを、連続した一つの動作としてもよい。

次に、図４Ｃに示すように、他方の把持指２４ｂによりコネクタ７０を押して、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５にさらに押し込む（押込工程）。これにより、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の規定の挿入深さまで挿入する。なお、他方の把持指２４ｂをコネクタ７０の基端部に当接させた後には、一方の把持指２４ａによるコネクタ７０に対する押圧力を減少させてもよく、あるいは一方の把持指２４ａをコネクタ７０から離間させてもよい。規定の挿入深さまで挿入されたコネクタ７０は、図示しないロック部（例えば、爪部等）の作用により接続部材７４に対して固定され、装着状態となる。

以上説明したように、本実施形態に係るコネクタ挿入方法及びコネクタ挿入装置１０によれば、コネクタ挿入孔７５にコネクタ７０を途中まで挿入した状態で、一方の把持指２４ａによりコネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の内側面７８に押し付けることにより、コネクタ７０が一時的に固定される。このため、コネクタ７０に接続されたハーネス７２の拘束力によって、コネクタ挿入孔７５とは反対方向にコネクタ７０を引っ張る力が作用した場合でも、コネクタ７０がコネクタ挿入孔７５から抜け出ることがない。そして、他方の把持指２４ｂによりコネクタ挿入孔７５とは反対側からコネクタ７０を押して、コネクタ７０を押し込むため、コネクタ７０をコネクタ挿入孔７５の所定位置まで確実に挿入することができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…コネクタ挿入装置 １２…ロボット
１４…制御部 ２２…ハンド部
２４ａ…一方の把持指 ２４ｂ…他方の把持指
７０…コネクタ ７５…コネクタ挿入孔
７８…内側面

Claims (2)

1. 互いに対向可能な２つの把持指を有するハンド部を用いて電気機器のコネクタ挿入孔にコネクタを挿入するためのコネクタ挿入方法であって、
   前記２つの把持指で前記コネクタを把持する把持工程と、
   前記２つの把持指で把持された前記コネクタの先端部を前記コネクタ挿入孔に挿入する挿入工程と、
   前記先端部が前記コネクタ挿入孔に挿入された前記コネクタを一方の前記把持指により押圧して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の内側面に押し付ける押付工程と、
   前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の前記内側面に押し付けた状態で、他方の前記把持指を、前記コネクタの基端部側に移動させる移動工程と、
   前記他方の把持指により前記コネクタを押して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔に押し込む押込工程と、を含む、
   ことを特徴とするコネクタ挿入方法。
2. 電気機器のコネクタ挿入孔にコネクタを挿入するためのコネクタ挿入装置であって、
   互いに対向可能な２つの把持指を持つハンド部を有するロボットと、
   前記ロボットを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記２つの把持指で前記コネクタを把持する工程と、
   前記２つの把持指で把持された前記コネクタの先端部を前記コネクタ挿入孔に挿入する工程と、
   前記先端部が前記コネクタ挿入孔に挿入された前記コネクタを一方の前記把持指により押圧して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の内側面に押し付ける工程と、
   前記コネクタを前記コネクタ挿入孔の前記内側面に押し付けた状態で、他方の前記把持指を、前記コネクタの前記コネクタ挿入孔に挿入される側に対して反対側に移動させる工程と、
   前記他方の把持指により前記反対側から前記コネクタを押して、前記コネクタを前記コネクタ挿入孔に押し込む工程と、を行うように前記ロボットを制御する、
   ことを特徴とするコネクタ挿入装置。

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