JP6741900B1 - 自動車ボディのドア開閉方法及びドア開閉用ロボット - Google Patents

自動車ボディのドア開閉方法及びドア開閉用ロボット Download PDF

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Abstract

ドア開閉用ロボットは、挿入部及び規制部を有するドア操作ツールと、ドア操作ツールを移動させるロボットアームと、制御装置とを備える。制御装置は、ドア操作ツールが第１基準位置へ移動し、更に、第１基準位置から第１在席確認位置へ移動するようにロボットアームを動作させ、ドア操作ツールの位置を第１評価位置として取得し、第１在席確認位置と第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば挿入部のウィンドウ溝内への在席不良を検出する。第１基準位置は挿入部がウィンドウ溝に挿入され、且つ、規制部がウィンドウ溝の縁に当接している又はウィンドウ溝の縁の上方にある状態となるドア操作ツールの位置であり、第１在席確認位置は第１基準位置から挿入方向へ離れたドア操作ツールの位置である。

Description

本発明は、自動車ボディの塗装ラインに設置されるドア開閉用ロボット、及び、それを用いた自動車ボディのドア開閉方法に関する。
従来、自動車ボディの塗装作業は塗装用ロボットにより行われている。塗装用ロボットにより自動車ボディのドア周りを自動塗装するに際し、ドアの裏側まで塗装するためにはドアを開閉する必要がある。ドアの開閉は、ドア開閉機能を併せ備える塗装用ロボット又は塗装用ロボットに並設されたドア開閉用ロボットにより行われる。
特許文献１は、自動車ボディのドアを開閉する機能を備える塗装用ロボットを開示する。このロボットは、ロボットアームの先端部に光学センサなどの非接触式センサと係合ロッドとを有する。ロボットは、ロボットアームの先端部をドアの上縁高さに近接させた状態でドアに向かって水平方向に移動させ、非接触式センサがドアの上縁の目印となる特定形状を検出したとき、この検出結果に基づいて係合ロッドをドアのウィンドウ溝に挿入する。ロボットは、係合ロッドがドアのウィンドウ溝に挿入された状態でロボットアームを水平方向への移動させることにより、ドアを開閉する。
ところで、自動車の塗装ラインは防爆ゾーンに設置されている。防爆ゾーンでは、塗料ミストが浮遊しているほか、火花が発生しないように電気機器に供給される電流値が制限される。従って、特許文献１のロボットでは、非接触式センサに塗料ミストが付着して、センサ検出能が低下するおそれがある。
そこで、特許文献２では、ドア開閉用のロボットアームを塗装用ロボットから離れて設けるとともに、誘導センサ及び静電容量センサなどの電界や磁界の変化電磁気に基づく非接触式距離センサを利用して自動車ボディのドアの位置を検出することが提案されている。このロボットアームは、３つの力センサを備え、これらの力センサでロボットアームのたわみを検出し、ドアのウィンドウ溝に対する把持フィンガの位置決めを行う。
特許第２５１２７６６号公報 特開２００８−５１４５０４号公報
特許文献２では、ドア開閉用のロボットアームに、非接触式距離センサに加えて、３つの力センサが搭載されることから、センサ数やそれに付帯する部品点数が増加する。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、センサ数の増加を抑えつつ、信頼性の高いドア開閉動作を行うドア開閉用ロボット及びそれを用いた自動車ボディのドア開閉方法を提案する。
本発明の一態様に係るドア開閉用ロボットは、自動車ボディのドアを開閉するドア開閉用ロボットであって、
前記ドアのウィンドウ溝に挿入する挿入部、及び、前記ドアと当接することにより前記挿入部の前記ウィンドウ溝への挿入方向の移動を規制する規制部を有するドア操作ツールと、
連設された複数のリンク、及び、サーボモータを含む前記リンクの駆動部を有し、前記ドア操作ツールを移動させるロボットアームと、制御装置とを備えることを特徴としている。
前記制御装置は、前記ドアが開放位置又は閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入され、且つ、前記規制部が前記ウィンドウ溝の縁に当接している又は前記ウィンドウ溝の縁の上方にある状態となる前記ドア操作ツールの位置を第１基準位置として記憶し、前記第１基準位置から前記挿入方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第１在席確認位置として記憶し、前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動し、更に、前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させ、前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第１評価位置として取得し、前記第１在席確認位置と前記第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出する。ここで、挿入部がウィンドウ溝内に在席していることは、ドア操作ツールの挿入部がウィンドウ溝に適切に挿入されて、ドア操作ツールによって正しくドアが保持されていることを意味する。そして、「在席不良」は、ドア操作ツールの挿入部がウィンドウ溝に挿入されていなかったり、挿入部がウィンドウ溝に挿入されていてもそれが適切な状態ではなかったりして、ドア操作ツールによって正しくドアが保持されていないことを意味する。
上記ドア開閉用ロボットにおいて、前記制御装置は、前記ドアが前記開放位置又は前記閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入された状態となる前記ドア操作ツールの位置を第２基準位置として記憶し、前記第２基準位置から水平方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第２在席確認位置として記憶し、前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動し、更に、前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させ、前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第２評価位置として取得し、前記第２在席確認位置と前記第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出するように構成されていてよい。上記において、前記第２在席確認位置は、前記ドアが前記開放位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に開放させる水平方向へ離れた位置であり、前記ドアが前記閉止位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に閉止させる水平方向へ離れた位置である。
また、本発明の一態様に係る自動車ボディのドア開閉方法は、挿入部及び規制部を有するドア操作ツールと、当該ドア操作ツールを移動させるロボットアームとを備えるドア開閉用ロボットを用いる、自動車ボディのドア開閉方法であって、
ドアが開放位置又は閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ドアのウィンドウ溝に挿入され、且つ、前記規制部が前記ウィンドウ溝の縁に当接している又は前記ウィンドウ溝の縁の上方にある状態となる前記ドア操作ツールの位置を第１基準位置として記憶すること、
前記第１基準位置から前記挿入部が前記ウィンドウ溝へ挿入される方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第１在席確認位置として記憶すること、
前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動し、更に、前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させること、
前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第１評価位置として取得すること、及び、
前記第１在席確認位置と前記第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出すること、を含む。
上記自動車ボディのドア開閉方法が、
前記ドアが前記開放位置又は前記閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入された状態となる前記ドア操作ツールの位置を第２基準位置として記憶すること、
前記第２基準位置から水平方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第２在席確認位置として記憶すること、
前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動し、更に、前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させること、
前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第２評価位置として取得すること、及び、
前記第２在席確認位置と前記第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出すること、を更に含んでいてよい。上記において、前記第２在席確認位置は、前記ドアが前記開放位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に開放させる水平方向へ離れた位置であり、前記ドアが前記閉止位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に閉止させる水平方向へ離れた位置である。
上記ドア開閉用ロボット及びそれを用いた自動車ボディのドア開閉方法によれば、第１在席確認位置と第１評価位置との偏差（又は、第２在席確認位置と第２評価位置との偏差）に基づいて、挿入部のウィンドウ溝内への在席不良の有無を検出することができる。そして、挿入部のウィンドウ溝内への在席不良が無いことが確認されてから、ドアを開放する方向又は閉止する方向へドア操作ツールを移動させることができる。上記の在席確認位置（第１在席確認位置及び第２在席確認位置）は所定の位置、即ち、予め制御装置に記憶された位置である。また、上記の評価位置（第１評価位置及び第２評価位置）は、従来の一般的なロボットが有するロボットアームの位置制御機能を用いて、取得することができる。つまり、ドア操作ツールの挿入部のウィンドウ溝内への在席不良を検出するために特別な非接触式センサや機械的機構を要しない。よって、上記ドア開閉用ロボット及びそれを用いた自動車ボディのドア開閉方法によれば、特許文献１，２に記載された技術と比較して、センサ数の増加を抑えることができる。
また、上記のように光学センサ等を用いないので、塗料ミストの付着によるセンサ検出能の低下が発生するおそれがない。更に、上記のように特別な機械的機構を要しないので、機械的機構の作動不良が発生するおそれがない。よって、上記ドア開閉用ロボット及びそれを用いた自動車ボディのドア開閉方法によれば、ドア開閉用ロボットは信頼性の高いドア開閉動作を行うことができる。
本発明によれば、センサ数の増加を抑えつつ、信頼性の高いドア開閉動作を行うドア開閉用ロボット及びそれを用いた自動車ボディのドア開閉方法を提案することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車ボディの塗装ラインの概略構成を示す図である。 図２は、ドア開閉用ロボットの概略構成を示す図である。 図３は、ドア開閉用ロボットの制御系統の構成を示す図である。 図４は、第１駆動部のサーボドライバのサーボ制御構造を示すブロック図である。 図５は、制御装置によるドア開閉処理のフローチャートである。 図６は、制御装置による在席検知処理のフローチャートである。 図７は、ドア操作ツールが挿入位置にあるドア開閉用ロボットの側面図である。 図８は、ドア操作ツールがドア閉止位置にあるドア開閉用ロボットの平面図である。 図９は、ドア操作ツールがドア開放位置にあるドア開閉用ロボットの平面図である。 図１０は、第２在席検知処理における在席確認位置を示すドア開閉用ロボットの平面図である。 図１１は、第３在席検知処理における在席確認位置を示すドア開閉用ロボットの平面図である。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る自動車ボディ２の塗装ライン１０の概略構成を示す図である。図１に示す塗装ライン１０には、自動車ボディ２を搬送するコンベヤ装置３が設けられている。コンベヤ装置３０の側方には、自動車ボディ２のドア２０を開閉するドア開閉用ロボット５が設けられている。塗装ライン１０には、図示されない塗装用ロボットが設けられており、塗装用ロボットに搭載された塗装ガンから噴き出す塗料によって自動車ボディ２が塗装される。
図２は、ドア２０のドア開閉用ロボット５の概略構成を示す図であり、図３は、ドア開閉用ロボット５の制御系統の構成を示す図である。図２及び図３に示すように、ドア開閉用ロボット５は、ドア操作ツール７と、ドア操作ツール７を移動させるロボットアーム６と、ロボットアーム６の動作を司る制御装置８とを備える。
本実施形態に係るロボットアーム６は、３軸の水平多関節ロボットアームである。但し、ロボットアーム６の態様は本実施形態に限定されず、軸数の異なる水平多関節ロボットアームであってもよいし、垂直多関節ロボットアームであってもよい。
ロボットアーム６は、基台６０と、連接された複数のリンク（第１リンク６１、第２リンク６２、及び第３リンク６３）とを備える。基台６０は、床に設置されていてよい。或いは、基台６０は、コンベヤ装置３０に並走するレール上を走行する台車（図示略）に搭載されていてもよい。第１リンク６１の基端部は、垂直な第１軸Ａ１を中心として回動可能に基台６０と連結されている。第２リンク６２の基端部は、垂直な第２軸Ａ２を中心として回動可能に第１リンク６１の先端部に連結されている。第３リンク６３の基端部は、第２リンク６２の先端部に連結されている。第３リンク６３の先端部には、ドア操作ツール７が昇降可能に連結されている。
ドア操作ツール７は、アーム部７１と、挿入部７２と、規制部７３とを一体的に有する。アーム部７１は、Ｌ字状を呈し、その基端部が第３リンク６３と連結されている。挿入部７２は、鉛直方向に延びる棒状（又はピン状）を呈し、アーム部７１の先端部に固定されている。規制部７３は、挿入部７２の鉛直方向途中部から水平方向に突出する突出片である。
ドア２０は、間を空けて対峙するインナパネル２１とアウタパネル２２とを有する。インナパネル２１とアウタパネル２２との間に、窓ガラスが挿入されるウィンドウ溝２３が設けられている。ウィンドウ溝２３は、上方へ向けて開口するスリットである。ドア操作ツール７の挿入部７２は、ウィンドウ溝２３に挿入可能である。ウィンドウ溝２３に挿入された挿入部７２が更に挿入方向へ移動するうちに、ドア２０のインナパネル２１（又はアウタパネル２２）に規制部７３が当接し、挿入部７２を含むドア操作ツール７全体のそれ以上の挿入方向への移動が規制される。
ロボットアーム６は、第１リンク６１を第１軸Ａ１周りに回転駆動する第１駆動部６６と、第２リンク６２を第２軸Ａ２周りに回転駆動する第２駆動部６７と、第３リンク６３に対しドア操作ツール７を昇降駆動する第３駆動部６８とを、更に備える。
第１駆動部６６は、サーボモータＭ１と、サーボモータＭ１の出力軸の回転出力を第１リンク６１に伝達する伝動機構（図示略）と、サーボモータＭ１の出力軸の回転角を検出する回転位置センサＥ１とを含む。伝動機構は、例えば、ギアトレインや伝動ベルトを含んでよい。回転位置センサＥ１は、例えば、ロータリエンコーダであってよい。第１駆動部６６は、基台６０内に設けられていてよい。
第２駆動部６７は、サーボモータＭ２と、サーボモータＭ２の出力軸の回転出力を第２リンク６２に伝達する伝動機構（図示略）と、サーボモータＭ２の出力軸の回転角を検出する回転位置センサＥ２とを含む。伝動機構は、例えば、ギアトレインや伝動ベルトを含んでよい。回転位置センサＥ２は、例えば、ロータリエンコーダであってよい。第２駆動部６７は、第１リンク６１又は基台６０内に設けられていてよい。
第３駆動部６８は、サーボモータＭ３と、サーボモータＭ３の出力軸の回転出力をドア操作ツール７の直動に変換する伝動機構（図示略）と、サーボモータＭ３の出力軸の回転角を検出する回転位置センサＥ３とを含む。伝動機構は、例えば、ボールねじ機構を含んでいてよい。回転位置センサＥ３は、例えば、ロータリエンコーダであってよい。第３駆動部６８は、第３リンク６３又は基台６０内に設けられていてよい。
第１〜３駆動部６６，６７，６８の動作は、制御装置８によって制御される。制御装置８は、各サーボモータＭ１〜Ｍ３に対応づけられたサーボドライバＤ１〜Ｄ３と、コントローラ８０とを備える。コントローラ８０で生成される位置指令信号に制御対象であるサーボモータＭ１〜Ｍ３を追従させるように、サーボドライバＤ１〜Ｄ３がサーボモータＭ１〜Ｍ３を駆動制御する。回転位置センサＥ１〜Ｅ３からは、対応するサーボモータＭ１〜Ｍ３の動作に関するパラメータ信号が対応するサーボドライバＤ１〜Ｄ３にフィードバック送信される。このフィードバック送信されるパラメータ信号（以下、フィードバック信号という）は、例えば、サーボモータＭ１〜Ｍ３の出力軸の回転位置（角度）についての情報、出力軸の回転速度の情報等を含む。
第１駆動部６６のサーボドライバＤ１は、コントローラ８０からの位置指令信号及び回転位置センサＥ１からのフィードバック信号に基づいて、サーボモータＭ１の動作に関する指令値を算出するとともに、サーボモータＭ１の動作がその指令値に追従するように、サーボモータＭ１に駆動電流を供給する。第２駆動部６７のサーボドライバＤ２、及び、第３駆動部６８のサーボドライバＤ３も同様である。
図４に基づいて、第１駆動部６６のサーボドライバＤ１のサーボ制御構造について説明する。図４は、第１駆動部６６のサーボドライバＤ１のサーボ制御構造を示すブロック図である。第２駆動部６７のサーボドライバＤ２及び第３駆動部６８のサーボドライバＤ３は、第１駆動部６６のサーボドライバＤ１と同様のサーボ制御構造を有するので、これらのサーボ制御構造についての説明を省略する。
サーボドライバＤ１は、位置制御器４１、速度制御器４２、及び、電流制御器４３を備える。位置制御器４１は、コントローラ８０からの位置指令と回転位置センサＥ１の検出位置との偏差である位置偏差に、所定の位置ループ比例ゲインを乗ずることにより速度指令を算出する。速度制御器４２は、位置制御器４１により算出された速度指令と検出速度との偏差である速度偏差の積分量に所定の速度ループ積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該速度偏差の和に所定の速度ループ比例ゲインを乗ずることにより、トルク指令を算出する。電流制御器４３は、速度制御器４２により算出されたトルク指令に基づいて電流指令を出力し、それによりサーボモータＭ１が駆動制御される。電流制御器４３は、トルク指令に関するフィルタ（１次のローパスフィルタ）や少なくとも１つのノッチフィルタを含む。なお、上述のサーボ制御構造はサーボドライバＤ１の取り得る制御構造の一例に過ぎず、サーボドライバＤ１〜Ｄ３のサーボ制御構造は公知のサーボ制御構造が採用されてよい。
コントローラ８０は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ８２とを有する。メモリ８２には、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵ８１は、外部装置とのデータ送受信を行う。また、ＣＰＵ８１は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。コントローラ８０では、メモリ８２に記憶されたプログラム等のソフトウェアをＣＰＵ８１が読み出して実行することにより、ロボットアーム６の動作を制御するための処理が行われる。なお、コントローラ８０は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、コントローラ８０は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。
ここで、ドア開閉用ロボット５によるドア２０の開閉動作について説明する。図５は、制御装置８によるドア開閉処理のフローチャートである。
図５に示すように、制御装置８は、ドア開放指令を受けると（ステップＳ１でＹＥＳ）、ドア操作ツール７が初期位置から挿入待機位置（図２、参照）へ移動するように、ロボットアーム６を動作させる（ステップＳ２）。ドア開放指令は、塗装用ロボット、又は、その他のコンピュータから有線又は無線の通信手段を介して制御装置８へ出力される。
ドア操作ツール７の初期位置は、ドア開閉用ロボット５がコンベヤ装置３で搬送される自動車ボディ２と干渉しない位置である。初期位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。図２に示すように、挿入待機位置にあるドア操作ツール７の挿入部７２は、ドア２０のウィンドウ溝２３の上方に位置する。挿入待機位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。
ドア操作ツール７が挿入待機位置へ移動すると、制御装置８は、ドア操作ツール７が挿入待機位置から降下して挿入位置（図７、参照）へ移動するように、ロボットアーム６を動作させる（ステップＳ３）。図７に示すように、挿入位置にあるドア操作ツール７では、理想的には、挿入部７２はドア２０のウィンドウ溝２３に挿入されており、規制部７３はウィンドウ溝２３の縁と当接している。挿入位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。但し、記憶された挿入位置への移動が完了したドア操作ツール７の実際の位置は、記憶された挿入位置と同一であるとは限らない。また、挿入位置への移動が完了したドア操作ツール７の挿入部７２がウィンドウ溝２３に在席しているとは限らない。ロボットアーム６に軸ずれが生じていたり、ドア２０や自動車ボディ２の位置が所定の位置からずれていると、挿入位置に移動したドア操作ツール７の挿入部７２がウィンドウ溝２３に在席していない事態が生じ得る。
ドア操作ツール７が挿入位置へ移動すると、制御装置８は、第１在席検知処理を開始する（ステップＳ４）。第１在席検知処理では、挿入位置に在るドア操作ツール７において、挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることを検知する。ここで、挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることは、挿入部７２がウィンドウ溝２３に適切に挿入されていることを意味する。
図６は、制御装置８による在席検知処理のフローチャートである。図６に示すように、制御装置８は、ドア操作ツール７の現在位置情報を取得し（ステップＳ３１）、それを「基準位置」として記憶する。ここで、ドア操作ツール７の現在位置は、ロボットアーム６又はドア操作ツール７に定められた所定の基準点の現在位置である。ドア操作ツール７の現在位置は、回転位置センサＥ１〜Ｅ３の検出値から導出されるロボットアーム６のポーズ（位置及び姿勢）から求めることができる。
続いて、制御装置８は、ドア操作ツール７の押付力を低減する（ステップＳ３２）。ドア操作ツール７が物体と接触して外力を受ける場合に、一般には、ドア操作ツール７の押付力と外力とがつり合う状態でドア開閉用ロボット５が停止する。このとき、ロボットアーム６の剛性が高いと大きな反力が生じて、物体が破損するおそれがある。そこで、ドア操作ツール７がドア２０と接触して外力を受ける場合には、ロボットアーム６の剛性を弱め、ドア操作ツール７の押付力を低減することにより、ドア２０やドア操作ツール７の破損を回避する。
ドア操作ツール７の押付力を低減するために、制御装置８は、サーボゲインを通常動作時（即ち、塗装動作時）よりも低減する。これにより、ロボットアーム６の応答性が低下するとともに、外力に対して反応しやすくなる。サーボゲインの調整（低減）は、速度ループの調整を含む。速度ループの調整には、速度ループ比例ゲイン及び速度ループ積分ゲイン（速度ループ積分時定数）のうち少なくとも１つの調整が含まれる。速度ループ比例ゲイン及び速度ループ積分ゲインの調整だけではサーボゲインを調整できない場合には、電流ループ指令フィルタも併せて調整されてもよい。サーボゲインの調整は、位置ループの調整を更に含んでよい。位置ループの調整には、位置ループ比例ゲインの調整が含まれる。ドア操作ツール７の押付力を低減する際のサーボゲインの調整（低減）方法は、予め制御装置８に記憶されている。このような調整方法の一例として、速度ループ積分ゲインがゼロとされ、速度ループ比例ゲイン及び位置ループ比例ゲインの各々に１よりも小さい倍率が掛けられる。なお、ドア操作ツール７の押付力を低減する方法は、サーボゲインの低減に限定されない。例えば、制御装置８は、サーボモータＭ１〜Ｍ３への供給電流の上限値を、通常動作時（即ち、塗装動作時）よりも低く制限することにより、ドア操作ツール７の押付力を低減してよい。
続いて、制御装置８は、ドア操作ツール７の現在位置と指令位置との差を異常として検知する機能を無効化する（ステップＳ３３）。
そして、制御装置８は、ドア操作ツール７が現在位置（基準位置）から在席確認位置へ向けて移動するように、ロボットアーム６を動作させる（ステップＳ３４）。在席確認位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。図７において二点鎖線で示された在席確認位置は、ドア操作ツール７の挿入位置よりも鉛直下方にある。よって、ドア操作ツール７を基準位置から在席確認位置へ移動させるロボットアーム６の動作によって、ドア操作ツール７は、その規制部７３がドア２０のウィンドウ溝２３の縁を下方へ押し付けられるように移動しようとする。
挿入位置にあるドア操作ツール７において、挿入部７２がウィンドウ溝２３に在席し、且つ、規制部７３がドア２０のウィンドウ溝２３の縁に当接している理想状態にあれば、ドア操作ツール７が挿入位置から在席確認位置へ移動しようとロボットアーム６が動作しても、ドア操作ツール７は移動することができない。一方、挿入位置にあるドア操作ツール７の挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入されていなければ、ドア操作ツール７の移動はドア２０のウィンドウ溝２３の縁によっては妨げられない。
制御装置８は、ロボットアーム６を動作させてから所定時間が経過したのち、ドア操作ツール７の現在位置情報を取得し（ステップＳ３５）、それを「評価位置」として記憶する。更に、制御装置８は、評価位置と在席確認位置との偏差を求める（ステップＳ３６）。そして、制御装置８は、求めた偏差と予め記憶された閾値とを比較する。偏差が閾値より大きいことは、即ち、ドア操作ツール７が基準位置から下方へ殆ど移動できなかったことを意味する。偏差が閾値以下であることは、即ち、ドア操作ツール７が基準位置から下方へ移動できたことを意味する。制御装置８は、偏差が閾値より大きければ（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ドア操作ツール７の挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることが確認されたと判断する。
挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることが確認されれば、制御装置８は、ドア操作ツール７を基準位置まで復帰させ（ステップＳ３８）、ドア操作ツール７の押付力を復帰させ（ステップＳ３９）、ドア操作ツール７の現在位置と指令位置との差を異常として検知する機能を有効化して、第１在席検知処理を終了する。
一方、制御装置８は、求めた偏差と予め記憶された閾値とを比較し、偏差が閾値以下であれば（ステップＳ３７でＮＯ）、ドア操作ツール７の挿入部７２のウィンドウ溝２３内（ここでは、挿入位置）への在席不良を検出する。ここで、「在席不良」は、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入されていないことや、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入されていてもそれが適切な状態ではないことを意味する。上記の閾値は、挿入部７２がウィンドウ溝２３内で多少の移動が許容されること、回転位置センサＥ１〜Ｅ３の検出誤差等を加味して、適切な位置が設定される。ドア操作ツール７の在席不良が検出されれば、制御装置８は、在席検知異常を報知し（ステップＳ４１）、ドア開閉用ロボット５のドア開閉処理を停止する（ステップＳ４２）。なお、ステップＳ４２において、ドア開閉用ロボット５の動作を停止させてもよい。
第１在席検知処理が終了すれば、制御装置８は、ロボットアーム６にドア２０の開放動作を行わせる（ステップＳ５）。具体的には、制御装置８は、ドア操作ツール７が挿入位置（図８、参照）からドア開放位置（図９、参照）まで移動するように、ロボットアーム６を動作させる。ドア開放位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。
ドア操作ツール７がドア開放位置へ移動すると、制御装置８は、第２在席検知処理を開始する（ステップＳ６）。第２在席検知処理では、ドア開放位置に在るドア操作ツール７において、挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることを検知する。
制御装置８が行う第２在席検知処理は、前述の第１在席検知処理（ステップＳ３１〜ステップＳ４２）と実質的に同じである。但し、第２在席検知処理において、ステップＳ３１の「基準位置」がドア開放位置と対応している。また、第２在席検知処理において、ステップＳ３４の「在席確認位置」が、図１０に二点鎖線で示すように、ドア操作ツール７をドア開放位置からドア２０を更に開く方向へ水平方向に移動させた位置である。
第２在席検知処理が終了すれば、制御装置８は、ドア開放信号を塗装用ロボット、又は、その他のコンピュータへ有線又は無線の通信手段を介して出力する（ステップＳ７）。このようにドア２０の開放が完了すると、塗装用ロボットによってドア２０周りの塗装が行われる。
制御装置８は、ドア閉止指令を取得すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、ロボットアーム６にドア２０の閉止動作を行わせる（ステップＳ９）。ドア閉止指令は、塗装用ロボット、又は、その他のコンピュータから有線又は無線の通信手段を介して制御装置８へ出力される。制御装置８は、ドア操作ツール７がドア開放位置（図９、参照）からドア閉止位置（図８、参照）まで移動するように、ロボットアーム６を動作させる。ドア閉止位置は、ドア開閉用ロボット５に予め教示されて、制御装置８に記憶されている。
ドア操作ツール７がドア閉止位置へ移動すると、制御装置８は、第３在席検知処理を開始する（ステップＳ１０）。第３在席検知処理では、ドア閉止位置に在るドア操作ツール７において、挿入部７２がウィンドウ溝２３内に在席していることを検知する。
制御装置８が行う第３在席検知処理は、前述の第１在席検知処理（ステップＳ３１〜ステップＳ４２）と実質的に同じである。但し、第３在席検知処理において、ステップＳ３１の「基準位置」がドア閉止位置と対応している。また、第３在席検知処理において、ステップＳ３４の「在席確認位置」が、図１１に二点鎖線で示すように、ドア操作ツール７をドア閉止位置からドア２０を更に閉じる方向へ水平方向に移動させた位置である。
第３在席検知処理が終了すれば、制御装置８は、ドア操作ツール７が挿入待機位置（図２、参照）へ移動するように、ロボットアーム６を動作させる（ステップＳ１１）。更に、制御装置８は、ドア操作ツール７が初期位置へ移動するように、ロボットアーム６を動作させて（ステップＳ１２）。最後に、制御装置８は、ドア閉止信号を塗装用ロボット、又は、その他のコンピュータへ有線又は無線の通信手段を介して出力して（ステップＳ１３）、ドア開閉処理を終了する。
上記ドア開閉処理では、第１在席検知処理において、在席確認位置は基準位置から挿入方向（即ち、下方）へ離れた位置に設定されている。また、第２在席検知処理において、在席確認位置は基準位置からドアを更に開放させる水平方向へ離れた位置に設定されている。また、第３在席検知処理において、在席確認位置は基準位置からドアを更に閉止させる水平方向へ離れた位置に設定されている。但し、第１〜３在席検知処理における在席確認位置の組み合わせは、上記に限定されない。例えば、各在席検知処理における在席確認位置を、次表１のオプション１〜７に示す組み合わせから選択することができる。
Figure 0006741900
上記ドア開閉処理では、挿入位置、開放位置、及び、ドア閉止位置に在るドア操作ツール７において、理想的には、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入され、且つ、規制部７３がウィンドウ溝２３の縁と当接している。但し、挿入位置、開放位置、及び、ドア閉止位置に在るドア操作ツール７において、規制部７３はウィンドウ溝２３の縁に当接せず、ウィンドウ溝２３の縁よりも上方に位置していてもよい。この場合の規制部７３とウィンドウ溝２３の縁との距離は、第１在席検知処理における挿入位置と在席確認位置との距離よりも小さい。例えば、挿入位置にあるドア操作ツール７において、規制部７３がウィンドウ溝２３の縁よりも上方にあっても、ドア操作ツール７が基準位置（挿入位置）から在席確認位置へ移動する過程で規制部７３の下方への移動が規制されることによって、規制部７３がウィンドウ溝２３の縁に当接したことが検出され得る。つまり、ドア操作ツール７の挿入部７２がウィンドウ溝２３に在席していることが検出され得る。
以上に説明したように、本実施形態に係るドア開閉用ロボット５は、ドア２０のウィンドウ溝２３に挿入する挿入部７２、及び、ドア２０と当接することにより挿入部７２の前記ウィンドウ溝２３への挿入方向の移動を規制する規制部７３を有するドア操作ツール７と、連設された複数のリンク６１，６２，６３、及び、サーボモータＭ１〜Ｍ３を含むリンク６１，６２，６３の駆動部６６，６８，６８を有し、ドア操作ツール７を移動させるロボットアーム６と、制御装置８とを備える。制御装置８は、ドア２０が開放位置又は閉止位置にあるときに、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入され、且つ、規制部７３がウィンドウ溝２３の縁に当接している又はウィンドウ溝２３の縁の上方にある状態となるドア操作ツール７の位置を第１基準位置として記憶し、第１基準位置から挿入方向へ離れたドア操作ツール７の位置を第１在席確認位置として記憶する。そして、制御装置８は、ドア操作ツール７が第１基準位置へ移動し、更に、第１基準位置から第１在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させ、ロボットアーム６を動作させたあとのドア操作ツール７の位置を第１評価位置として取得し、第１在席確認位置と第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良を検出する。
また、本実施形態に係るドア開閉用ロボット５において、制御装置８は、ドア２０が開放位置又は閉止位置にあるときに、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入された状態となるドア操作ツール７の位置を第２基準位置として記憶し、第２基準位置から水平方向へ離れたドア操作ツール７の位置を第２在席確認位置として記憶する。そして、制御装置８は、ドア操作ツール７が第２基準位置へ移動し、更に、第２基準位置から所定の第２在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させ、ロボットアーム６を動作させたあとのドア操作ツール７の位置を第２評価位置として取得し、第２在席確認位置と第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良を検出する。上記において、第２在席確認位置は、ドア２０が開放位置にあるときは第２基準位置からドア２０を更に開放させる水平方向へ離れた位置であり、ドア２０が閉止位置にあるときは第２基準位置からドア２０を更に閉止させる水平方向へ離れた位置である。
上記のドア開閉用ロボット５を用いた本実施形態に係る自動車ボディ２のドア開閉方法は、
ドア２０が開放位置又は閉止位置にあるときに、挿入部７２がドア２０のウィンドウ溝２３に挿入され、且つ、規制部７３がウィンドウ溝２３の縁に当接している又はウィンドウ溝２３の縁の上方にある状態となるドア操作ツール７の位置を第１基準位置として記憶すること、
第１基準位置から挿入部７２がウィンドウ溝２３へ挿入される方向へ離れたドア操作ツール７の位置を第１在席確認位置として記憶すること、
ドア操作ツール７が第１基準位置へ移動し、更に、第１基準位置から第１在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させること、
ロボットアーム６を動作させたあとのドア操作ツール７の位置を第１評価位置として取得すること、及び、
第１在席確認位置と第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良を検出すること、を含む。
また、上記の自動車ボディ２のドア開閉方法は、
ドア２０が開放位置又は閉止位置にあるときに、挿入部７２がウィンドウ溝２３に挿入された状態となるドア操作ツール７の位置を第２基準位置として記憶すること、
第２基準位置から水平方向へ離れたドア操作ツール７の位置を第２在席確認位置として記憶すること、ドア操作ツール７が第２基準位置へ移動し、更に、第２基準位置から所定の第２在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させること、
ロボットアーム６を動作させたあとのドア操作ツール７の位置を第２評価位置として取得すること、及び、
第２在席確認位置と第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良を検出すること、を含む。
上記ドア開閉用ロボット５及びそれを用いた自動車ボディ２のドア開閉方法では、第１在席確認位置と第１評価位置との偏差（又は、第２在席確認位置と第２評価位置との偏差）に基づいて、挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良の有無を検出することができる。そして、挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良が無いことが確認されてから、ドア２０を開放する方向又は閉止する方向へドア操作ツール７を移動させることができる。上記の在席確認位置（第１在席確認位置及び第２在席確認位置）は所定の位置、即ち、予め制御装置８に記憶された位置である。また、上記の評価位置（第１評価位置及び第２評価位置）は、従来の一般的なロボットが有するロボットアーム６の位置制御機能を用いて、取得することができる。つまり、ドア操作ツール７の挿入部７２のウィンドウ溝２３内への在席不良を検出するために特別な非接触式センサや機械的機構を要しない。よって、上記ドア開閉用ロボット５及びそれを用いた自動車ボディ２のドア開閉方法によれば、特許文献１，２に記載された技術と比較して、センサ数の増加を抑えることができる。
上記のように光学センサ等を用いないので、塗料ミストの付着によるセンサ検出能の低下が発生するおそれがない。更に、上記のように特別な機械的機構を要しないので、機械的機構の作動不良が発生するおそれがない。よって、上記ドア開閉用ロボット５及びそれを用いた自動車ボディ２のドア開閉方法によれば、ドア開閉用ロボット５は信頼性の高いドア開閉動作を行うことができる。
また、本実施形態に係るドア開閉用ロボット５及びそれを用いた自動車ボディ２のドア開閉方法において、ドア操作ツール７が第１基準位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させたあと、第１基準位置から第１在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させる前に、ドア操作ツール７からドア２０に作用する押圧力を低減させる。
同様に、本実施形態に係るドア開閉用ロボット５及びそれを用いた自動車ボディ２のドア開閉方法において、ドア操作ツール７が第２基準位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させたあと、ドア操作ツール７が第２基準位置から第２在席確認位置へ移動するようにロボットアーム６を動作させる前に、ドア操作ツール７からドア２０に作用する押圧力を低減させる。
ドア操作ツール７がドア２０と接触して外力を受ける場合に、ロボットアーム６の剛性が高いと大きな反力が生じて、ドア２０又はドア操作ツール７が破損するおそれがある。そこで、上記のようにドア操作ツール７からドア２０に作用する押圧力を低減させることによって、ドア２０やドア操作ツール７の破損を回避することができる。
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。
例えば、上記実施形態において、ドア開閉用ロボット５は、塗装用ロボットと異なるロボットであるが、塗装用ロボットがドア開閉用ロボット５としての機能を併せ備えてもよい。この場合、塗装用ロボットの手先部に塗装ガンとドア操作ツール７とが設けられる。
２ ：自動車ボディ
３ ：コンベヤ装置
５ ：ドア開閉用ロボット
６ ：ロボットアーム
７ ：ドア操作ツール
８ ：制御装置
１０ ：塗装ライン
２０ ：ドア
２１ ：インナパネル
２２ ：アウタパネル
２３ ：ウィンドウ溝
３０ ：コンベヤ装置
４１ ：位置制御器
４２ ：速度制御器
４３ ：電流制御器
６０ ：基台
６１〜６３ ：リンク
６６〜６８ ：駆動部
７１ ：アーム部
７２ ：挿入部
７３ ：規制部
８０ ：コントローラ
８１ ：ＣＰＵ
８２ ：メモリ
Ａ１ ：第１軸
Ａ２ ：第２軸
Ｄ１〜Ｄ３ ：サーボドライバ
Ｅ１〜Ｅ３ ：回転位置センサ
Ｍ１〜Ｍ３ ：サーボモータ

Claims (8)

  1. 自動車ボディのドアを開閉するドア開閉用ロボットであって、
    前記ドアのウィンドウ溝に挿入する挿入部、及び、前記ドアと当接することにより前記挿入部の前記ウィンドウ溝への挿入方向の移動を規制する規制部を有するドア操作ツールと、
    連設された複数のリンク、及び、サーボモータを含む前記リンクの駆動部を有し、前記ドア操作ツールを移動させるロボットアームと、
    前記ドアが開放位置又は閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入され、且つ、前記規制部が前記ウィンドウ溝の縁に当接している又は前記ウィンドウ溝の縁の上方にある状態となる前記ドア操作ツールの位置を第１基準位置として記憶し、前記第１基準位置から前記挿入方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第１在席確認位置として記憶し、前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動し、更に、前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させ、前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第１評価位置として取得し、前記第１在席確認位置と前記第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出する、制御装置とを備える、
    ドア開閉用ロボット。
  2. 前記制御装置は、前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させたあと、前記ドア操作ツールが前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させる前に、前記ドア操作ツールから前記ドアに作用する押圧力を低減させる、
    請求項１に記載のドア開閉用ロボット。
  3. 前記制御装置は、前記ドアが前記開放位置又は前記閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入された状態となる前記ドア操作ツールの位置を第２基準位置として記憶し、前記第２基準位置から水平方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第２在席確認位置として記憶し、前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動し、更に、前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させ、前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第２評価位置として取得し、前記第２在席確認位置と前記第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出し、
    前記第２在席確認位置は、前記ドアが前記開放位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に開放させる水平方向へ離れた位置であり、前記ドアが前記閉止位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に閉止させる水平方向へ離れた位置である、
    請求項１又は２に記載のドア開閉用ロボット。
  4. 前記制御装置は、前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させたあと、前記ドア操作ツールが前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させる前に、前記ドア操作ツールから前記ドアに作用する押圧力を低減させる、
    請求項３に記載のドア開閉用ロボット。
  5. 挿入部及び規制部を有するドア操作ツールと、当該ドア操作ツールを移動させるロボットアームとを備えるドア開閉用ロボットを用いる、自動車ボディのドア開閉方法であって、
    ドアが開放位置又は閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ドアのウィンドウ溝に挿入され、且つ、前記規制部が前記ウィンドウ溝の縁に当接している又は前記ウィンドウ溝の縁の上方にある状態となる前記ドア操作ツールの位置を第１基準位置として記憶すること、
    前記第１基準位置から前記挿入部が前記ウィンドウ溝へ挿入される方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第１在席確認位置として記憶すること、
    前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動し、更に、前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させること、
    前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第１評価位置として取得すること、及び、
    前記第１在席確認位置と前記第１評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第１閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出すること、を含む、
    自動車ボディのドア開閉方法。
  6. 前記ドア操作ツールが前記第１基準位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させたあと、前記ドア操作ツールが前記第１基準位置から前記第１在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させる前に、前記ドア操作ツールから前記ドアに作用する押圧力を低減させる、
    請求項５に記載の自動車ボディのドア開閉方法。
  7. 前記ドアが前記開放位置又は前記閉止位置にあるときに、前記挿入部が前記ウィンドウ溝に挿入された状態となる前記ドア操作ツールの位置を第２基準位置として記憶すること、
    前記第２基準位置から水平方向へ離れた前記ドア操作ツールの位置を第２在席確認位置として記憶すること、
    前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動し、更に、前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させること、
    前記ロボットアームを動作させたあとの前記ドア操作ツールの位置を第２評価位置として取得すること、及び、
    前記第２在席確認位置と前記第２評価位置との偏差を求め、当該偏差が所定の第２閾値以下であれば前記挿入部の前記ウィンドウ溝内への在席不良を検出すること、を更に含み、
    前記第２在席確認位置は、前記ドアが前記開放位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に開放させる水平方向へ離れた位置であり、前記ドアが前記閉止位置にあるときは前記第２基準位置から前記ドアを更に閉止させる水平方向へ離れた位置である、
    請求項５又は６に記載の自動車ボディのドア開閉方法。
  8. 前記ドア操作ツールが前記第２基準位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させたあと、前記ドア操作ツールが前記第２基準位置から前記第２在席確認位置へ移動するように前記ロボットアームを動作させる前に、前記ドア操作ツールから前記ドアに作用する押圧力を低減させる、
    請求項７に記載の自動車ボディのドア開閉方法。
JP2020520165A 2018-11-09 2019-11-08 自動車ボディのドア開閉方法及びドア開閉用ロボット Active JP6741900B1 (ja)

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