JP7096726B2 - 組立用ロボットの制御システム及びその制御方法 - Google Patents

組立用ロボットの制御システム及びその制御方法 Download PDF

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Description

本明細書は、所定長さの弾性変形可能な管状部材を上方から部品に押し込んで前記管状部材を前記部品に被せる組立用ロボットの制御システム及びその制御方法に関する技術を開示したものである。
従来より、所定長さの弾性変形可能な管状部材(チューブ等)を上方から部品に押し込んで管状部材を部品に被せる作業は、押し込む管状部材と部品との摩擦抵抗や引っ掛かりにより自動化するのが困難であると思われており、作業者が手作業で行っていた。
尚、特許文献1(特開平8-174457号公報)には、曲がった樹脂製チューブをワークに挿入する作業をロボットで行う技術が記載されている。このものは、画像処理技術によりワークの位置ずれ量を認識して、ロボットハンドが把持する樹脂製チューブの開口をワークに位置合わせて樹脂製チューブの挿入を開始し、ロボットハンドに作用する反力やモーメントを力覚センサで検出して、その検出値が小さくなる方向(つまり摩擦抵抗が小さくなる方向)にロボットハンドを動かしながら樹脂製チューブをワークに挿入するようにしている。
特開平8-174457号公報
上記特許文献1では、曲がった樹脂製チューブをワークに挿入する際に、樹脂製チューブを把持するロボットハンドに作用する反力やモーメントを力覚センサで検出して、その検出値が小さくなる方向にロボットハンドを動かして樹脂製チューブをワークに挿入するようにしている。しかし、チューブがゴム等で形成されていて弾性変形可能な場合には、挿入するチューブに作用する摩擦抵抗が大きくなったり、チューブがワークの角で引っ掛かったりしても、チューブが弾性変形するため、チューブが弾性変形しない場合と比較して、ロボットハンドに作用する反力やモーメントがそれほど大きくならない。このため、弾性変形可能なチューブの場合は、ロボットハンドに作用する反力やモーメントを力覚センサで検出しても、その検出値に基づいて弾性変形可能なチューブを挿入しやすくする方向にロボットハンドを動かすことが困難な場合がある。
上記課題を解決するために、所定長さの弾性変形可能な管状部材を上方から部品に押し込んで前記管状部材を前記部品に被せる組立用ロボットの制御システムにおいて、前記組立用ロボットのアーム先端には、前記部品の上端部に嵌め込んだ前記管状部材を上方から押し込むための押し込み部を有するエンドエフェクタが取り付けられ、前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に押し込む動作を複数回繰り返して前記管状部材を前記部品に所定量押し込むように前記組立用ロボットを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記押し込み部を下降させて前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に1回分の押し込み量だけ押し込む少量押し込み動作と、前記少量押し込み動作の後に前記押し込み部を水平方向に移動させて前記管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作と、前記押し込み部を上昇させて前記管状部材の上方へ退避させる退避動作とを所定回数繰り返して実行することを第1の特徴とし、更に、前記管状部材は、偏平な断面形状に形成され、前記制御部は、前記傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向を前記管状部材の偏平な側面に対して垂直な方向とすることを第2の特徴とするものである。
この構成では、組立用ロボットが押し込み部で管状部材を部品に押し込む動作を複数回繰り返して管状部材を部品に所定量押し込むようにしているが、1回分の押し込み量を押し込む少量押し込み動作を行う毎に、押し込み部を水平方向に移動させて管状部材の傾き角度を修正した後、押し込み部を管状部材の上方へ退避させて、押し込み部から管状部材に作用する押圧力を取り除いて、それまでの押圧力による管状部材の曲がりを自身の弾性力により元の真っ直ぐな状態に戻す。これにより、少量押し込み動作を行う毎に、管状部材の傾き角度や曲がりが摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなる方向に修正されるため、少量押し込み動作を所定回数繰り返すことで、管状部材を部品に比較的スムーズに押し込むことができる。
更に、管状部材が偏平な断面形状に形成されている場合は、傾き角度修正動作の押し込み部の移動方向を、管状部材の偏平な側面に対して垂直な方向とすれば、傾き角度修正動作の押し込み部を管状部材が曲がりやすい方向に移動させることができる。
図1は一実施例における管状部材吸着動作時のエンドエフェクタの斜視図である。 図2は管状部材吸着動作時のエンドエフェクタを図1とは異なる方向から見た斜視図である。 図3は吸着ノズルを図2の状態から90°旋回させた状態を示すエンドエフェクタの斜視図である。 図4は管状部材の斜視図である。 図5は管状部材を押し込む対象となる部品の斜視図である。 図6は吸着ノズルに吸着した管状部材を部品に位置合わせする動作を説明する図である。 図7は管状部材を図6の位置から下降させて管状部材の下端開口を部品の上端部に嵌め込む動作を説明する図である。 図8は1回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図9は押し込み部を図8の位置から手前に移動させて管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作を説明する図である。 図10は押し込み部を図9の位置から上昇させて管状部材の上方へ退避させる退避動作を説明する図である。 図11は2回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図12は押し込み部を図11の位置から奥方へ移動させて管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作を説明する図である。 図13は3回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図14は押し込み部を図13の位置から上昇させて管状部材の上方へ退避させる退避動作を説明する図である。 図15は4回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図16は押し込み部を図15の位置から奥方へ移動させて管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作を説明する図である。 図17は5回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図18は押し込み部を図17の位置から上昇させて管状部材の上方へ退避させる退避動作を説明する図である。 図19は6回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図20は押し込み部を図19の位置から奥方へ移動させて管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作を説明する図である。 図21は7回目の少量押し込み動作を説明する図である。 図22は押し込み部を図21の位置から上昇させて管状部材の上方へ退避させる退避動作を説明する図である。 図23は最後(8回目)の少量押し込み動作を説明する図である。
以下、本明細書に開示する一実施例を説明する。
まず、図1乃至図3を参照して組立用ロボットのアーム先端に取り付けるエンドエフェクタ11の構成を説明する。
エンドエフェクタ11には、所定長さの弾性変形可能な管状部材12(図4参照)を吸着保持する吸着ノズル13(保持具)が軸14を支点にして90°旋回可能に設けられている。通常は、吸着ノズル13は、その先端を下向きにした吸着位置に位置して、水平に置かれた管状部材12の側部を吸着ノズル13の先端に吸着し、その後、吸着ノズル13を90°旋回させて、吸着ノズル13をその先端が水平方向を向く水平位置まで旋回させる。
吸着ノズル13を保持するノズルホルダ15は、軸14を支点にして旋回する旋回部材16に吸着ノズル13の軸方向に移動可能に支持され、ばね17によって吸着ノズル13の先端方向に付勢されている。エンドエフェクタ11には、吸着ノズル13を旋回させる駆動源となるエアシリンダ18がそのロッド19を下向きにした状態で組み付けられ、ロッド19の上下運動をリンク機構20によって旋回部材16の旋回運動に変換して吸着ノズル13を90°旋回させるようになっている。尚、旋回運動の駆動源として、エアシリンダ18に代えて、リニアソレノイドやモータを用いても良い。
エンドエフェクタ11には、吸着ノズル13の他に、所定長さの弾性変形可能な管状部材12を部品21(図5参照)に押し込むためのプレート状の押し込み部22が水平に設けられている。吸着ノズル13と押し込み部22との位置関係は、水平に置かれた管状部材12の側部を吸着ノズル13で吸着して吸着ノズル13を90°旋回させて管状部材12の向きを上下方向(鉛直方向)に向けたときに押し込み部22の下側に管状部材12が位置するように構成されている。
本実施例では、管状部材12は、ゴム等の弾性変形可能な材料で所定長さに形成されている。管状部材12の形状は、当該管状部材12を押し込む部品21(図5参照)の偏平な形状に対応して、図4に示すように、偏平な断面形状(断面長円形状)となるように形成されている。一方、図5乃至図23に示すように、部品21は、管状部材12が押し込まれる部分の途中に側方に突出する凸部分21aが存在する段付き形状となっている。部品21は、基板23等に実装されている。
組立用ロボットの動作を制御する制御部(図示せず)は、エンドエフェクタ11のXY方向(左右前後方向)及びZ方向(上下方向)の移動を制御すると共に、エンドエフェクタ11の吸着ノズル13の旋回動作(エアシリンダ18の動作)及び吸着ノズル13の吸着/解放動作を制御する。
組立用ロボットのエンドエフェクタ11の旋回範囲内に、管状部材12がコンベア(図示せず)等で搬送されてくると共に、部品21を実装した基板23がクランプ装置(図示せず)等でクランプされる。以下の説明では、組立用ロボット側から見て部品21の凸部分21aが奥側に位置するように基板23がクランプされている場合について説明する。
組立用ロボットの制御部は、エンドエフェクタ11の吸着ノズル13をその先端を下向きにした吸着位置まで旋回させて、コンベア等に水平に置かれた管状部材12の側部を、吸着ノズル13の先端に吸着し、その後、エアシリンダ18を作動させて吸着ノズル13を90°旋回させて、吸着ノズル13をその先端が水平方向を向く水平位置まで旋回させる。これにより、図6に示すように、管状部材12の向きが上下方向に向くと共に、押し込み部22の下側に管状部材12が位置した状態となる。
この状態で、組立用ロボットの制御部は、エンドエフェクタ11の吸着ノズル13を押し込み部22と一体的に移動させて、図6に示すように、管状部材12を部品21の上方に位置合わせした後、図7に示すように、エンドエフェクタ11の吸着ノズル13を下降させて、管状部材12の下端開口を部品21の上端部に嵌め込んだ状態にする。
この後、組立用ロボットの制御部は、次のようにして押し込み部22で管状部材12を部品21に押し込む動作を複数回繰り返して管状部材12を部品21に所定量押し込む。まず、組立用ロボットの制御部は、吸着ノズル13による管状部材12の吸着を解除してから、図8に示すように、1回目の少量押し込み動作を行う。1回目の少量押し込み動作では、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む。
1回目の少量押し込み動作の後に、組立用ロボットの制御部は、図9に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を部品21の凸部分21aとは反対側の方向である手前方向に少しだけ移動させて管状部材12の傾き角度を修正する傾き角度修正動作を行う。このような傾き角度修正動作により、管状部材12の下端開口の奥側を部品21の凸部分21aの上端縁に押し込みやすい状態となる。
この後、組立用ロボットの制御部は、図10に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を上昇させて管状部材12の上方へ退避させる退避動作を行う。これにより、管状部材12は、自身の弾性力によって曲がりが元の真っ直ぐな状態に戻る。この後、組立用ロボットの制御部は、図11に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む2回目の少量押し込み動作を行う。この際、上述した傾き角度修正動作により、管状部材12の下端開口の奥側を部品21の凸部分21aの上端縁に押し込みやすい状態となっているため、2回目の少量押し込み動作により、管状部材12の下端開口の奥側を部品21の凸部分21aの上端縁にスムーズに押し込むことができる。
この後、組立用ロボットの制御部は、図12に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を部品21の凸部分21a側の方向である奥方へ少しだけ移動させて管状部材12の傾き角度を修正する(2回目の角度修正動作)。この2回目の傾き角度修正動作の押し込み部22の移動方向は1回目の傾き角度修正動作の押し込み部22の移動方向とは反対の方向となっている。これにより、管状部材12の傾き角度が小さくなる方向に修正されたり、管状部材12の奥側内周面と部品21の凸部分21aの上端縁との間の摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなる方向に修正される。
この後、組立用ロボットの制御部は、図13に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む3回目の少量押し込み動作を行う。この際、上述した傾き角度修正動作により、管状部材12の奥側内周面を部品21の凸部分21aに押し込みやすい状態となっているため、3回目の少量押し込み動作により、管状部材12を部品21にスムーズに押し込むことができる。
この後、組立用ロボットの制御部は、図14に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を上昇させて管状部材12の上方へ退避させる退避動作を行う。これにより、管状部材12は、自身の弾性力によって曲がりが元の真っ直ぐな状態に戻る。この後、組立用ロボットの制御部は、図15に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む4回目の少量押し込み動作を行う。
この後、組立用ロボットの制御部は、図16に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を部品21の凸部分21a側の方向である奥方へ少しだけ移動させて管状部材12の傾き角度を修正する(3回目の角度修正動作)。これにより、管状部材12の傾き角度が管状部材12の内周面と部品21との間の摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなるように修正される。3回目以降の角度修正動作の押し込み部22の移動方向は、2回目の角度修正動作の押し込み部22の移動方向と同じ方向である。本実施例では、2回目の少量押し込み動作で、管状部材12の下端開口が部品21の凸部分21aの上端縁に嵌め込まれるため、その後に行われる2回目以降の傾き角度修正動作では、1回目の傾き角度修正動作の押し込み部22の移動方向とは反対の方向である部品21の凸部分21a側の方向に押し込み部22を移動させるものである。
3回目の角度修正動作の後に、組立用ロボットの制御部は、図17に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む5回目の少量押し込み動作を行う。この際、上述した傾き角度修正動作により、管状部材12の内周面を部品21の凸部分21aに押し込みやすい状態となっているため、5回目の少量押し込み動作により、管状部材12を部品21にスムーズに押し込むことができる。
この後、組立用ロボットの制御部は、図18に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を上昇させて管状部材12の上方へ退避させる退避動作を行う。これにより、管状部材12は、自身の弾性力によって曲がりが元の真っ直ぐな状態に戻る。この後、組立用ロボットの制御部は、図19に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む6回目の少量押し込み動作を行う。
この後、組立用ロボットの制御部は、図20に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を部品21の凸部分21a側の方向である奥方へ少しだけ移動させて管状部材12の傾き角度を修正する(4回目の角度修正動作)。これにより、管状部材12の傾き角度が管状部材12の内周面と部品21との間の摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなるように修正される。この後、組立用ロボットの制御部は、図21に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む7回目の少量押し込み動作を行う。
この後、組立用ロボットの制御部は、図22に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を上昇させて管状部材12の上方へ退避させる退避動作を行う。これにより、管状部材12は、自身の弾性力によって曲がりが元の真っ直ぐな状態に戻る。この後、組立用ロボットの制御部は、図23に示すように、エンドエフェクタ11の押し込み部22を下降させて押し込み部22で管状部材12を部品21に最後まで押し込む最後の少量押し込み動作を行う。
以上説明した本実施例では、合計8回の少量押し込み動作で管状部材12を部品21に押し込むようにしたが、7回以下又は9回以上の少量押し込み動作で管状部材12を部品21に押し込むようにしても良い。
本実施例では、組立用ロボットが押し込み部22によって弾性変形可能な管状部材12を上方から部品21に少し(例えば数mm程度)だけ押し込む少量押し込み動作を複数回繰り返すが、少量押し込み動作を行う毎に、押し込み部22を水平方向(前後方向)に少しだけ移動させて管状部材12の傾き角度を修正した後、押し込み部22を管状部材12の上方へ退避させて、押し込み部22から管状部材12に作用する押圧力を取り除いて、それまでの押圧力による管状部材12の曲がりを自身の弾性力により元の真っ直ぐな状態に戻す。これにより、少量押し込み動作を行う毎に、管状部材12の傾き角度や曲がりが摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなる方向に修正されるため、少量押し込み動作を所定回数繰り返すことで、管状部材12を部品21に比較的スムーズに押し込むことができる。
本実施例のように、部品21の形状に対応して管状部材12が偏平な断面形状に形成されている場合は、傾き角度修正動作の押し込み部22の移動方向を、管状部材12の偏平な側面に対して垂直な方向、つまり管状部材12が曲がりやすい方向とすれば良い。
また、本実施例では、管状部材12の下端開口が部品21の凸部分21aに嵌め込まれるまでは、傾き角度修正動作で押し込み部22を部品21の凸部分21aとは反対側の方向に移動させ、管状部材12の下端開口が部品21の凸部分21aに嵌め込まれた後は、傾き角度修正動作で押し込み部22を部品21の凸部分21a側の方向に移動させるようにしたが、傾き角度修正動作毎に押し込み部22の移動方向を変更するようにしても良い。
要は、管状部材12を押し込む部品21の形状に応じて傾き角度修正動作の押し込み部22の移動方向を変更するようにすれば良く、傾き角度修正動作によって管状部材12の傾き角度や曲がりが摩擦抵抗や引っ掛かりが少なくなる方向に押し込み部22を移動させるようにすれば良い。
また、本実施例では、管状部材12を保持する保持具として、吸着ノズル13を用いたが、これに代えて、管状部材12を把持するチャック装置(クランプ装置)等を用いても良い。
尚、管状部材12は、偏平な断面形状のものに限定されず、円形や多角形の断面形状の管状部材についても、本実施例と同様の方法で部品に押し込むことができる。また、管状部材を押し込む部品も、側方に突出する凸部分が存在する段付き形状のものに限定されず、凸部分がない部品であっても良く、部品や管状部材の形状を問わず本実施例の押し込み方法を適用可能である。
また、本実施例では、1回の少量押し込み動作による押し込み量を例えば数mm程度としたが、これよりも小さくても大きくても良い。
その他、本発明は、本実施例に限定されず、吸着ノズル13等の保持具を90°旋回させる構成を変更したり、押し込み部22の形状を変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
11…エンドエフェクタ、12…管状部材、13…吸着ノズル(保持具)、18…エアシリンダ、21…部品、21a…凸部分、22…押し込み部

Claims (8)

  1. 所定長さの弾性変形可能な管状部材を上方から部品に押し込んで前記管状部材を前記部品に被せる組立用ロボットの制御システムにおいて、
    前記組立用ロボットのアーム先端には、前記部品の上端部に嵌め込んだ前記管状部材を上方から押し込むための押し込み部を有するエンドエフェクタが取り付けられ、
    前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に押し込む動作を複数回繰り返して前記管状部材を前記部品に所定量押し込むように前記組立用ロボットを制御する制御部を備え、
    前記制御部は、前記押し込み部を下降させて前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に1回分の押し込み量だけ押し込む少量押し込み動作と、前記少量押し込み動作の後に前記押し込み部を水平方向に移動させて前記管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作と、前記押し込み部を上昇させて前記管状部材の上方へ退避させる退避動作とを所定回数繰り返して実行する、組立用ロボットの制御システムであって、
    前記管状部材は、偏平な断面形状に形成され、
    前記制御部は、前記傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向を前記管状部材の偏平な側面に対して垂直な方向とする、組立用ロボットの制御システム。
  2. 前記制御部は、前記傾き角度修正動作の後に、前記少量押し込み動作を再び行ってから前記退避動作を実行する、請求項1に記載の組立用ロボットの制御システム。
  3. 前記制御部は、2回目の傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向を1回目の傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向とは反対の方向とする、請求項1又は2に記載の組立用ロボットの制御システム。
  4. 前記制御部は、前記管状部材を押し込む前記部品の形状に応じて前記傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向を変更する、請求項1乃至のいずれかに記載の組立用ロボットの制御システム。
  5. 前記部品には、前記管状部材が押し込まれる部分の途中に側方に突出する凸部分が存在し、
    前記制御部は、前記管状部材の下端開口が前記凸部分に嵌め込まれるまでは、前記傾き角度修正動作で前記押し込み部を前記凸部分とは反対側の方向に移動させ、前記管状部材の下端開口が前記凸部分に嵌め込まれた後は、前記傾き角度修正動作で前記押し込み部を前記凸部分側の方向に移動させる、請求項1乃至のいずれかに記載の組立用ロボットの制御システム。
  6. 前記制御部は、前記傾き角度修正動作毎に前記押し込み部の移動方向を変更する、請求項1乃至のいずれかに記載の組立用ロボットの制御システム。
  7. 前記エンドエフェクタには、前記管状部材を保持する保持具が90°旋回可能に設けられ、
    前記保持具と前記押し込み部との位置関係は、水平に置かれた前記管状部材の側部を前記保持具で保持して前記保持具を90°旋回させて前記管状部材の向きを上下方向に向けたときに前記押し込み部の下側に前記管状部材が位置するように構成され、
    前記制御部は、水平に置かれた前記管状部材の側部を前記保持具で保持して前記保持具を90°旋回させて前記管状部材の向きを上下方向に向けて前記保持具を移動させて前記管状部材を前記部品の上方に位置合わせした後、前記保持具を下降させて前記管状部材の下端開口を前記部品の上端部に嵌め込み、その後、前記保持具を保持解除動作させてから前記少量押し込み動作を実行する、請求項1乃至のいずれかに記載の組立用ロボットの制御システム。
  8. 所定長さの弾性変形可能な管状部材を上方から部品に押し込んで前記管状部材を前記部品に被せる組立用ロボットの制御方法において、
    前記組立用ロボットのアーム先端には、前記部品の上端部に嵌め込んだ前記管状部材を上方から押し込むための押し込み部を有するエンドエフェクタを取り付け、
    前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に押し込む動作を複数回繰り返して前記管状部材を前記部品に所定量押し込む際に、前記押し込み部を下降させて前記押し込み部で前記管状部材を前記部品に1回分の押し込み量だけ押し込む少量押し込み動作と、前記少量押し込み動作の後に前記押し込み部を水平方向に移動させて前記管状部材の傾き角度を修正する傾き角度修正動作と、前記押し込み部を上昇させて前記管状部材の上方へ退避させる退避動作とを所定回数繰り返して実行する、組立用ロボットの制御方法であって、
    前記管状部材は、偏平な断面形状に形成され、
    前記傾き角度修正動作の前記押し込み部の移動方向を前記管状部材の偏平な側面に対して垂直な方向とする、組立用ロボットの制御方法。
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