JP6914515B2

JP6914515B2 - トー調整ロボット

Info

Publication number: JP6914515B2
Application number: JP2017134334A
Authority: JP
Inventors: 正明赤川; 千秋吉原
Original assignee: Shinmei Industry Co Ltd
Current assignee: Shinmei Industry Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP2019014410A

Description

本発明は、例えば、車両のトー調整を自動で行うためのトー調整ロボットに関する。

一般に、車両組立ラインの最終工程では、車輪に連結されたタイロッドの長さを調整し、車輪のトー角度を調整（トー調整）する（特許文献１）。

すなわち、図８に示すように、タイロッド５１は、車両のハンドルに連動するリレーロッド５２にボールジョイント５３を介して繋がったロッド本体５４と、車輪を軸支するナックルアーム５５にボールジョイント５６を介して繋がったロッドエンド５７とで構成されている。ロッド本体５４の端部はロッドエンド５７にねじ込まれ、ロックナット５８の締め付けにより回り止めされる。ロッド本体５４には、タイロッド調整装置のオープンエンドレンチが係合する工具係合部５９が形成されている。そして、ロックナット５８を緩めた状態で工具係合部５９を上記オープンエンドレンチの回転部で回転させ、ロッドエンド５７に対するロッド本体５４のねじ込み深さを変えれば、タイロッド５１の長さが変わり、車輪のトー調整を行うことができる。

特開２０００−２８９６４０号公報

ところで、上記タイロッド調整装置のオープンエンドレンチをタイロッド５１の工具係合部５９に係合させる工程は、車種毎のタイロッド５１の位置のばらつきに対応するため、作業者が車両の下に入り込んでタイロッド５１を視認し、オープンエンドレンチをタイロッド５１の位置に合わせて手動で車幅方向及び車長方向に位置調整することにより行われている。

しかし、この位置調整の作業は、作業者に上方を視認する姿勢を長時間強いることになるため、作業者の身体的負担が非常に大きい。

本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、車種毎にタイロッドの位置にばらつきがあってもトー調整を自動で安価に行わせることのできるトー調整ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るトー調整ロボットは、トー調整のためにターゲットを操作するロボットアームと、該ロボットアームに設けた二次元カメラと、前記ロボットアームを制御して前記ロボットアームにトー調整作業を行わせる制御装置とを具備し、前記制御装置は、トー調整のための作業位置までの前記ロボットアームの移動と、該ロボットアームの姿勢の調整とを、前記二次元カメラからの画像を処理した結果に基づいて行わせるように構成されているトー調整ロボットであって、前記制御装置は、前記ターゲットの基準位置を前記二次元カメラの撮像範囲の中心に合わせた状態で、かつ、前記二次元カメラから前記基準位置までの距離を特定することなく、前記二次元カメラから前記基準位置に向かって所定距離離れた位置を中心に該二次元カメラが所定角度円弧運動するように前記ロボットアームを移動させ、この円弧運動に伴って前記基準位置が前記撮像範囲の中心から移動すれば、その移動した方向と距離に応じて前記二次元カメラが前記基準位置に接近・離間するように前記ロボットアームを移動させる（請求項１）。

上記トー調整ロボットにおいて、前記制御装置は、前記二次元カメラが撮像した前記ターゲットの画像に基づいて、前記二次元カメラの撮像範囲の中心から前記ターゲットの基準位置までの縦横のずれ量を算出し、この縦横のずれ量を前記ロボットアームの縦横の移動量に換算して該ロボットアームを縦横に移動させ、前記撮像範囲の中心を前記基準位置に合わせるものとしてもよい（請求項２）。

上記トー調整ロボットにおいて、前記制御装置は、前記ターゲットの基準位置を前記二次元カメラの撮像範囲の中心に合わせ、かつ、そのときに現れる前記ターゲットの第１基準輪郭線が前記撮像範囲内において所定方向に向くようにした状態で、前記二次元カメラから前記基準位置に向かって所定距離離れた位置を中心に該二次元カメラが所定角度円弧運動するように前記ロボットアームを移動させ、このとき現れる前記ターゲットの第２基準輪郭線が前記二次元カメラの撮像範囲内において所定方向に向いていなければ、前記二次元カメラがローリングするように前記ロボットアームを移動させて前記第２基準輪郭線が前記二次元カメラの撮像範囲内において所定方向に向くようにするものとしてもよい（請求項３）。

本願発明では、車種毎にタイロッドの位置にばらつきがあってもトー調整を自動で安価に行わせることのできるトー調整ロボットが得られる。

すなわち、本願の各請求項に係る発明のトー調整ロボットでは、二次元カメラによって得られる画像を用いてロボットアームの位置や姿勢を補正しながらロボットアームをターゲット（タイロッド）に近づけることができるため、車種毎にタイロッドの位置にばらつきがあってもトー調整を自動で行うことができる。また、ターゲットの位置を特定するためのセンサとして用いるのは、一般に安価な二次元カメラであり、三次元カメラや距離センサ等を不要とすることができるので、ロボットの製造コストの低減を図ることも可能である。

本発明の一実施の形態に係るトー調整ロボットの構成を概略的に示す斜視図である。（Ａ）は、前記トー調整ロボットの要部の構成を概略的に示す説明図、（Ｂ）は、前記トー調整ロボットの二次元カメラによるターゲットの画像の登録方法を概略的に示す説明図である。前記二次元カメラによって得られるターゲットの画像の一例を概略的に示す説明図である。前記二次元カメラがターゲットに正対する場合としない場合とを示す説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、二次元カメラからターゲットまでの距離が、所定距離である場合、所定距離より短い場合、所定距離より長い場合、の二次元カメラの動かしたかを概略的に示す説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、ターゲットの基準位置が二次元カメラの撮像範囲の中心に位置している場合、それより下側に位置している場合、それより上側に位置している場合、を概略的に示す説明図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、サーチ対象とするパターンを概略的に示す説明図である。タイロッドの構成を概略的に示す斜視図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら以下に説明する。

図１に示すトー調整ロボット（以下、「ロボット」）１は、図８に示すタイロッド５１の長さを変えてトー調整を行うためのものであり、トー調整のためにターゲットＴ（本例では、図８に示すタイロッド５１）を操作するロボットアーム２と、ロボットアーム２に設けた二次元カメラ３と、ロボットアーム２を制御してロボットアーム２にトー調整作業を行わせる制御装置（図示していない）とを具備している。

ロボットアーム２は、例えば多軸垂直多関節ロボットであり、先端部にタイロッド調整用のオープンエンドレンチ４を有している。なお、オープンエンドレンチ４には、タイロッド調整用オープンエンドレンチとして公知の構成のものを利用することができる。また、ロボットアーム２は、車両の各車輪に一つずつ対応させて用いられ、４輪車であれば四つのロボットアーム２が用いられる。

二次元カメラ３は、例えばＣＣＤカメラであり、オープンエンドレンチ４が延びる方向に向けられ（図２（Ａ）も参照）、前方に所定距離ｄ１（例えば４００ｍｍ）離れた先にピントが合うように構成されている。

前記制御装置（制御用コンピュータ）は、トー調整のための作業位置までのロボットアーム２の移動と、ロボットアーム２の姿勢の調整とを、二次元カメラ３からの画像を処理した結果に基づいて行わせるように構成されている。

そして、トー調整の手順は、（Ａ）ロックナット５８を緩める、（Ｂ）工具係合部５９を回転させてトー調整を行う、（Ｃ）ロックナット５８を締める、の３工程に大きく分けることができ、本例では、各工程をロボット１により自動で行う。

ここで、工程（Ａ）、（Ｃ）のロックナット５８の回転（緩め締め）と、工程（Ｃ）の工具係合部５９の回転とは、同様に行えるものであり、以下、ロックナット５８の回転を例に挙げてロボット１によるトー調整方法の詳細を説明する。

（１）予め、トー調整のためにロボット１によって操作するターゲットＴ（タイロッド５１）を二次元カメラ３で撮像し（図２（Ｂ）参照）、その撮像した画像に基準位置（例えばオープンエンドレンチ４をロックナット５８に差し込んで回転させるときに、タイロッド５１において二次元カメラ３に正対することになる位置）Ｓを設定してパターンＡ１を作成し、パターンＡ１を図外の記憶手段により記憶（登録）しておく。なお、このときの撮像は、ターゲットＴから二次元カメラ３までの距離を上記所定距離ｄ１として二次元カメラ３のピントをターゲットＴに合わせて行う。また、この工程は一度のみ行えばよく、通常、車種が変わってもターゲットＴを撮像して得られる画像（パターンＡ１）は同様であるので、ターゲットＴの撮像を車種毎に必ずしも行う必要はなく、過去に作成したパターンＡ１が適用できない場合にのみ新たに撮像等すればよい。

（２）ターゲットＴごとにターゲットＴを操作するために予め定めてある初期位置にロボットアーム２を移動させ、二次元カメラ３によりターゲットＴを撮像する。

（３）撮像したターゲットＴの画像と、記憶手段に記憶してあるパターンＡ１とを照合し、撮像した画像におけるターゲットＴの基準位置Ｓを特定し、この基準位置Ｓが二次元カメラ３の撮像範囲の中心Ｃに合っていなければ（図３参照）、これを合わせるようにロボットアーム２を移動させる。これにより、基準位置Ｓが中心Ｃに合致するようになる。

具体的には、基準位置Ｓが中心ＣからＸ方向（撮像範囲における縦方向）、Ｙ方向（撮像範囲における横方向）にずれている場合には、そのＸ方向のずれ量ｘ１、Ｙ方向のずれ量ｙ１を画像から算出し、このずれ量ｘ１、ｙ１をロボットアーム２のＸ方向（縦方向）、Ｙ方向（横方向）の移動量に換算してロボットアーム２をＸ方向（縦方向）、Ｙ方向（横方向）に移動（ピッチング、ヨーイング）させる。

（４）二次元カメラ３によって撮像したターゲットＴの画像から、この画像に現れている輪郭線のうち、長手方向に延びる第１基準輪郭線Ｌ１を抽出し、この第１基準輪郭線Ｌ１が撮像範囲内において所定方向（本例ではＸ方向）に向いていない場合には、その傾きのずれ量θ１（図３参照）を画像から算出し、このずれ量θ１を二次元カメラ３のローリング角度量に換算して、そのローリング角度量だけ二次元カメラ３がローリングするようにロボットアーム２を移動させる。これにより、第１基準輪郭線Ｌ１が二次元カメラ３の撮像範囲内において所定方向に向くようになる。

（５）上記（３）、（４）の工程を実行することにより、ターゲットＴの基準位置Ｓが二次元カメラ３の撮像範囲の中心Ｃに合致し、かつ、ターゲットＴの第１基準輪郭線Ｌ１が撮像範囲内において所定方向に向くようにする。これにより、二次元カメラ３によって図６（Ａ）に示すようなターゲットＴの画像が得られることになる。

ここで、上記工程（３）、（４）の順を逆にしてもよい。また、例えば、工程（３）の後に工程（４）を行うことにより、基準位置Ｓが中心Ｃからずれることが想定される場合には、工程（４）の後に工程（３）を再度実行するようにしてもよい。

（６）ターゲットＴの基準位置Ｓを二次元カメラ３の撮像範囲の中心に合わせ、かつ、そのときに現れるターゲットＴの第１基準輪郭線Ｌ１が撮像範囲内において所定方向に向くようにした状態で、二次元カメラ３から基準位置Ｓに向かって所定距離ｄ１離れた位置Ｐ０を中心に二次元カメラ３が所定角度θ２（例えば３０°）円弧運動するようにロボットアーム２を移動させる（図５（Ａ）〜（Ｃ）参照）。

（７）上記工程（６）の前後で、二次元カメラ３により撮像されるターゲットＴが、撮像範囲内においてＸ方向（縦方向）に移動するか否かを判定し、その判定結果に基づいて二次元カメラ３（ロボットアーム２）をターゲットＴに向かって接近・離間させるか、あるいは停止したままとし、最終的には、ターゲットＴが二次元カメラ３から所定距離ｄ１離れた位置Ｐ０にある状態にする。

（７−１）すなわち、図５（Ａ）に示すように、ターゲットＴが二次元カメラ３からちょうど所定距離ｄ１離れた位置にある場合には、二次元カメラ３が所定角度θ２円弧運動する前後を通じて、二次元カメラ３から得られるターゲットＴの画像は図６（Ａ）に示すままであり、この場合、二次元カメラ３（ロボットアーム２）をターゲットＴに接近又は離間させる操作は不要となる。

（７−２）一方、図５（Ｂ）に示すように、ターゲットＴが二次元カメラ３から所定距離ｄ１離れた位置よりも近くにある場合には、二次元カメラ３が所定角度θ２円弧運動した後に二次元カメラ３から得られるターゲットＴの画像は、図６（Ｂ）に示すように、二次元カメラ３の撮像範囲において下方（二次元カメラ３を動かした方向と逆方向）に移動することになる。逆に、図５（Ｃ）に示すように、ターゲットＴが二次元カメラ３から所定距離ｄ１離れた位置よりも遠くにある場合には、二次元カメラ３が所定角度θ２円弧運動した後に二次元カメラ３から得られるターゲットＴの画像は、図６（Ｃ）に示すように、二次元カメラ３の撮像範囲において上方（二次元カメラ３を動かした方向と同じ方向）に移動することになる。そのため、画像上においてターゲットＴの移動した方向から、ターゲットＴが二次元カメラ３から所定距離ｄ１離れた位置よりも近くにあるのか遠くにあるのかを判定することができるのであり、ターゲットＴの移動した方向と距離に応じて二次元カメラ３をターゲットＴに離間・接近するようにロボットアーム２を移動させればよい。なお、このロボットアーム２の移動は、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、上記円弧運動する前における二次元カメラ３とターゲットＴの基準位置Ｓとを結ぶ直線に平行となるように行う。

そして、上記工程（７−２）の一回の実行で、ターゲットＴが二次元カメラ３から所定距離ｄ１離れた位置にこない場合には、その位置にくるまで複数回実行してもよい。このように工程（７−２）を複数回実行する場合、この工程（７−２）が半永久的に継続されるのを防止するには、ロボットアーム２の移動距離が回を経るごとに小さくなるようにするのが望ましい。

（８）上記工程（６）又は（７）の後、二次元カメラ３によってターゲットＴを撮像したときにターゲットＴの画像に現れる輪郭線のうち、長手方向に延びる第２基準輪郭線Ｌ２を抽出し、第２基準輪郭線Ｌ２が二次元カメラ３の撮像範囲内において所定方向（本例ではＸ方向）に向いていない場合には、その傾きのずれ量θ１（図３参照）を画像から算出し、このずれ量θ１を二次元カメラ３のローリング角度量に換算して、そのローリング角度量だけ二次元カメラ３がローリングするようにロボットアーム２を移動させる。これにより、第２基準輪郭線Ｌ２が二次元カメラ３の撮像範囲内において所定方向に向くようになる。

すなわち、この工程（８）を行う前においては、二次元カメラ３は、図４に示す３ＡのようにターゲットＴに正対しているとは限らず、同図の３ＢのようにターゲットＴに対して斜め向きになっている可能性がある。しかし、工程（８）を実行することにより、二次元カメラ３をターゲットＴに正対させることができる。

（９）形状サーチ処理により、二次元カメラ３によって得られた画像から、オープンエンドレンチ４を差し込んで回転させるロックナット５８に該当する部分を特定し、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す五つのパターンＰ１〜Ｐ５の有無（明暗の一番大きい位置で算出するエッジ算出閾値内に有るか否か）を判定し、パターンＰ１，Ｐ３，Ｐ５が有りの場合（Ｐ２，Ｐ４はポカヨケ用であり、この何れかが有りと判断された場合はＮＧ）に、パターンＰ１からパターンＰ３までのピクセル（画素）数と、パターンＰ５からパターンＰ３までのピクセル（画素）数との差が０のときに、２面幅がとれていて、ロックナット５８に対しロボットアーム２のオープンエンドレンチ４が差し込み可能になっていると判定する。このように判定されない場合は、この判定がされるまで、二次元カメラ３から基準位置Ｓに向かって所定距離ｄ１離れた位置Ｐ０を中心に二次元カメラ３が所定角度円弧運動するようにロボットアーム２を移動させた上で、上記の形状サーチ処理からの一連の作業を行う、という手順を繰り返す。

（１０）ロックナット５８にオープンエンドレンチ４を差し込み、ロックナット５８を回転させる。そして、所定量ロックナット５８を回転させた後は、ロボットアーム２をターゲットＴから離間させ、所定の位置（例えば初期位置）に移動させる。

以上のように構成されたロボット１によれば、二次元カメラ３によって得られる画像を用いてロボットアーム２の位置や姿勢を補正しながらロボットアーム２をターゲットＴ（タイロッド５１）に近づけることができるため、車種毎にタイロッドの位置にばらつきがあってもトー調整を自動で行うことができる。また、ターゲットＴの位置を特定するためのセンサとして用いるのは、一般に安価な二次元カメラ３であり、三次元カメラや距離センサ等を不要とすることができるので、ロボット１の製造コストの低減を図ることも可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に何ら限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に変形して実施し得ることは勿論である。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。

上記実施の形態では、第１基準輪郭線Ｌ１、第２基準輪郭線Ｌ２として、ターゲットＴの長手方向の輪郭線を用いているが、これに限らず、短手方向の輪郭線等を用いるようにしてもよい。

オープンエンドレンチ４が、操作対象とするナット（六角部）の向きを問わないものであれば、上記工程（９）を省略してもよい。

本明細書に挙げた変形例どうしを適宜組み合わせてもよいことはいうまでもない。

１トー調整ロボット
２ロボットアーム
３二次元カメラ
４オープンエンドレンチ
５１タイロッド
５２リレーロッド
５３ボールジョイント
５４ロッド本体
５５ナックルアーム
５６ボールジョイント
５７ロッドエンド
５８ロックナット
５９工具係合部
Ａ１画像（パターン）
Ｃ二次元カメラの撮像範囲の中心
ｄ１所定距離
Ｌ１第１基準輪郭線
Ｌ２第２基準輪郭線
Ｐ０位置
Ｐ１〜Ｐ５パターン
Ｓ基準位置
Ｔターゲット
ｘ１ずれ量
ｙ１ずれ量
θ１ずれ量
θ２所定角度

Claims

トー調整のためにターゲットを操作するロボットアームと、該ロボットアームに設けた二次元カメラと、前記ロボットアームを制御して前記ロボットアームにトー調整作業を行わせる制御装置とを具備し、
前記制御装置は、トー調整のための作業位置までの前記ロボットアームの移動と、該ロボットアームの姿勢の調整とを、前記二次元カメラからの画像を処理した結果に基づいて行わせるように構成されているトー調整ロボットであって、
前記制御装置は、前記ターゲットの基準位置を前記二次元カメラの撮像範囲の中心に合わせた状態で、かつ、前記二次元カメラから前記基準位置までの距離を特定することなく、前記二次元カメラから前記基準位置に向かって所定距離離れた位置を中心に該二次元カメラが所定角度円弧運動するように前記ロボットアームを移動させ、この円弧運動に伴って前記基準位置が前記撮像範囲の中心から移動すれば、その移動した方向と距離に応じて前記二次元カメラが前記基準位置に接近・離間するように前記ロボットアームを移動させることを特徴とするトー調整ロボット。
前記制御装置は、前記二次元カメラが撮像した前記ターゲットの画像に基づいて、前記二次元カメラの撮像範囲の中心から前記ターゲットの基準位置までの縦横のずれ量を算出し、この縦横のずれ量を前記ロボットアームの縦横の移動量に換算して該ロボットアームを縦横に移動させ、前記撮像範囲の中心を前記基準位置に合わせる請求項１に記載のトー調整ロボット。
前記制御装置は、前記ターゲットの基準位置を前記二次元カメラの撮像範囲の中心に合わせ、かつ、そのときに現れる前記ターゲットの第１基準輪郭線が前記撮像範囲内において所定方向に向くようにした状態で、前記二次元カメラから前記基準位置に向かって所定距離離れた位置を中心に該二次元カメラが所定角度円弧運動するように前記ロボットアームを移動させ、このとき現れる前記ターゲットの第２基準輪郭線が前記二次元カメラの撮像範囲内において所定方向に向いていなければ、前記二次元カメラがローリングするように前記ロボットアームを移動させて前記第２基準輪郭線が前記二次元カメラの撮像範囲内において所定方向に向くようにする請求項１または２に記載のトー調整ロボット。