JP7457122B2 - ロボットハンド及びコネクタ付きハーネスの把持方法 - Google Patents

ロボットハンド及びコネクタ付きハーネスの把持方法 Download PDF

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Description

本発明は、ロボットハンド及びコネクタ付きハーネスの把持方法に関する。
様々な組み立て工程の自動化がロボットの活用により進んでいる。これら工程の中で難しい工程の一つがコネクタをコネクタポートに差し込む工程である。ロボットハンドでハーネスやコネクタを把持し、コネクタポートに正しく差し込むためには、ロボットハンドがコネクタを既定の位置で既定の向きに把持する必要がある。
ロボットハンドに対してコネクタ及びハーネスを既定の向きで既定の位置まで供給するためには、複雑な治具が必要とされる。比較的フリーな状態で供給されたコネクタ及びハーネスをカメラにより撮影し、カメラ画像に基づいて、コネクタを既定の向き及び位置で把持するようにコネクタに対するハンドの接近方向やその向き、姿勢を制御することも可能ではある。しかしながら、ロボットアームの姿勢やハンドの構造上、困難なこともある。
特許文献1には、カプラ(コネクタ)を一対のチャックで直接狭持するロボットハンドが開示されている。しかしながら、コネクタを直接狭持するような構造では、コネクタを把持した状態で、コネクタよりもハンドが幅広となる。そのため、コネクタポートが狭小な箇所に設置されているような場合では、ハンドが周囲に干渉してコネクタをコネクタポートに差し込むことができないこともある。
特開平06-188061号公報
コネクタを既定の位置で既定の向きに把持することができ、しかも狭小な箇所に設置されているコネクタポートへのコネクタの差し込みを可能とするハンドが望まれている。
本開示の一態様に係るハーネス把持用ロボットハンドは、ハンドベースと、ハンドベースに前後移動自在に支持され、コネクタを上から押さえるためのプッシュ機構と、ハンドベースに昇降自在且つ前後移動自在に支持され、ハーネスを挟持するための前段の線材チャック機構と、ハンドベースに昇降自在に支持され、ハーネスを挟持するための後段の線材チャック機構と、前段の線材チャック機構の一対のフィンガに設けられ、コネクタに後方から押し当てられる一対の押当部とを具備する。プッシュ機構でコネクタを置台上に押さえてコネクタを置台と水平にし、後段の線材チャック機構でハーネスを挟持し、前段の線材チャック機構を前方に移動して押当部をコネクタに押しつけた状態で前段の線材チャック機構によりハーネスを挟持し保持する。
コネクタを既定の位置で既定の向きに把持することができ、しかも狭小な箇所に設置されているコネクタポートへコネクタを差し込むことが可能である。
図1は、本実施形態に係るロボットハンドを装着したロボット示す側面図である。 図2は、図1のロボットハンドの一例を示す斜視図である。 図3は、図2のロボットハンドの一部を省略した側面図である。 図4は、図2のロボットハンドの一部を省略した平面図である。 図5は、図2のロボットハンドによる把持動作の第1段階を示す図である。 図6は、図2のロボットハンドによる把持動作の第2段階を示す図である。 図7は、図2のロボットハンドによる把持動作の第3段階を示す図である。 図8は、図2のロボットハンドによる把持動作の第4段階を示す図である。 図9は、図2のロボットハンドによる把持動作の第5段階を示す図である。 図10は、本実施形態に係るロボットハンドの押当部の他の例を示す図である。 図11は、本実施形態に係るロボットハンドの第1フィンガの他の例を示す図である。 図12は、本実施形態に係るロボットハンドのカメラの取付位置の他の例を示す側面図である。
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットハンドを説明する。本実施形態に係るロボットハンドは、先端にコネクタが接続されたハーネスを把持する用途で使用されるものである。典型的には、垂直多関節型、水平多関節型、極座標型などの様々な種類のロボットアーム機構のアーム先端に取り付けられる。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
図1に示すように、ロボットハンド1は、ロボットアーム機構3の先端の手首部に装着され、使用される。ロボットアーム機構3及びロボットハンド1は、制御装置5により制御される。制御装置5は、ロボットハンド1による把持動作を制御するための把持プログラムが記憶されたHDD等の記憶装置、記憶装置に記憶されたプログラムを実行するCPU等の演算処理装置などを備える。演算処理装置により把持プログラムが実行されることで、ロボットハンド1はロボットアーム機構3とともに、ハンド制御プログラムで規定された把持シーケンスに従って動作し、コネクタ付きハーネスを把持することができる。
(ロボットハンド)
以下、図2乃至図4を参照して、ハーネス把持用ロボットハンド1の構成を説明する。図2は、ロボットハンド1の前方側の斜視図である。図3は、ロボットハンド1の側面図である。図4はロボットハンド1の平面図である。図3においては、ロボットハンド1の主要な構成要素を明確にするために、コネクタ検出カメラ61と全体検出カメラ71とが省略されている。図4においては、プッシュ機構20のパッド21、前段の一対の第1フィンガ31,32、後段の一対の第2フィンガ51,52の位置関係を明確にするために、これら以外の構成要素が省略されている。
図2、図3に示すように、ロボットハンド1は、矩形板状のハンドベース11を有する。以下の説明において、ハンドベース11の長手方向を前後方向、ハンドベース11の短手方向を左右方向、ハンドベース11の厚み方向を上下方向として適宜使用する。
ハンドベース11には、コネクタを撮影するためのコネクタ検出カメラ61と、コネクタ付きハーネスを俯瞰して撮影するための全体検出カメラ71が設けられている。コネクタ検出カメラ61は、カメラマウント63を介してハンドベース11の前方に、撮影方向が下方を向くように設けられる。全体検出カメラ71は、カメラマウント73を介してハンドベース11の側方に、撮影方向が下方を向くように設けられる。
ハンドベース11には、置台7上に載置されたコネクタを上から押さえるためのプッシュ機構20と、ハーネスを狭持するための2つの線材チャック機構50,30と、が支持される。
プッシュ機構20は、円柱状のプッシュピン23と、プッシュピン23を上下方向に沿って昇降させるピン昇降機構25とを有する。典型的には、プッシュピン23の先端には、コネクタに接触させるための弾性樹脂製のパッド21が装着されている。プッシュ機構20は、第1前後移動機構27を介してハンドベース11の前方部分に接続されている。プッシュ機構20は、第1前後移動機構27を介さずに、ハンドベース11に固定されていてもよい。
ハンドベース11にはベース昇降機構15を介して矩形板状のチャックベース13が接続されている。チャックベース13はハンドベース11の下方に、ハンドベース11と平行に配置される。チャックベース13には、2つの線材チャック機構30,50が支持されている。2つの線材チャック機構30,50は、前後に離間した位置にそれぞれ配置されている。2つの線材チャック機構30、50は、それぞれ個別の昇降機構に接続されていてもよい。
前段の線材チャック機構30は、第2前後移動機構37を介してチャックベース13に接続されている。前段の線材チャック機構30は、一対の第1フィンガ31,32と、一対の第1フィンガ31,32を左右方向に開閉する第1開閉機構35と、を有する。典型的には、一対の第1フィンガ31,32はL字状の外形状を有し、上下及び前後方向に沿って互いに平行に、且つ先端が前方を向くように第1開閉機構35にそれぞれ取り付けられている。一対の第1フィンガ31,32には、コネクタにその後方から押し当てられる一対の押当部41,42が一体的にそれぞれ形成されている。典型的には、一対の押当部41,42は外向きに拡がったL字の平面形状を有し、一対の押当部41,42全体ではU字又はコ字形の平面形状を構成するように、一対の第1フィンガ31,32の先端にそれぞれ接続されている。
後段の線材チャック機構50は、一対の第2フィンガ51,52と、一対の第2フィンガ51,52を左右方向に開閉する第2開閉機構55と、を有する。典型的には、一対の第2フィンガ51,52は棒状の外形状を有し、上下方向に沿って互いに平行に第2開閉機構55にそれぞれ取り付けられている。
図4に示すように、コネクタに接触するパッド21のパッド面の中心位置、前段の線材チャック機構30の一対の第1フィンガ31,32の開閉中心位置、及び、後段の線材チャック機構50の一対の第2フィンガ51,52の開閉中心位置が、前後方向に延びるロボットハンド1の基準線LF上に配置されるように、プッシュ機構20、前段の線材チャック機構30及び後段の線材チャック機構50は位置決めされている。
(把持手順)
以下、図5乃至図9を参照して、本実施形態に係るロボットハンド1を用いたコネクタ付きハーネスAの把持手順を説明する。まず、全体検出カメラ71により撮影された全体画像からコネクタB、ハーネスCが検出され、ハーネスCの上方に2つのチャック機構30,50の開閉中心が配置されるようにロボットアーム機構3によりロボットハンド1が移動される。
図5に示すように、ベース昇降機構15により2つの線材チャック機構30,50は下降される。それにより、ハーネスCの前方部分を前段の線材チャック機構30の一対の第1フィンガ31,32により囲うことができ、ハーネスCの後方部分を後段の線材チャック機構50の一対の第2フィンガ51,52により囲うことができる。このとき、コネクタBを基準線LF上に位置する。次に、コネクタ検出カメラ61により撮影されたコネクタ画像からコネクタBが検出され、第1前後移動機構27によりプッシュ機構20の前後の位置が調整される。
図6に示すように、プッシュ機構20の位置調整後、ピン昇降機構25によりプッシュピン23が下降される。それにより、コネクタBは、パッド21(プッシュピン23)により置台7に押さえつけられる。置台7に押さえつけられたコネクタBの下面は、置台7の載置面と平行となる。
図7に示すように、後段の線材チャック機構50の第2開閉機構55が閉められ、一対の第2フィンガ51,52によりハーネスCが狭持し、保持される。
図8に示すように、一対の第2フィンガ51,52によりハーネスCが保持された状態で、第2前後移動機構37により、前段の線材チャック機構30が前方に移動され、コネクタBの後端面に一対の押当部41,42が押し当てられる。それにより、一対の第2フィンガ51,52によるハーネスCの狭持位置に対するコネクタBの位置、向きを固定することができる。
図9に示すように、前段の線材チャック機構30の第1開閉機構35が閉められ、一対の第1フィンガ31,32によりハーネスCが狭持される。
上記説明した把持手順により、ロボットハンド1は、2つの線材チャック機構30,50を用いて、コネクタ付きハーネスAを把持することができる。ロボットハンド1により把持されたコネクタ付きハーネスAのコネクタBの向きが、規定の向きに対して、ずれている場合がある。そのため、ロボットハンド1により把持されたコネクタ付きハーネスAのコネクタBをコネクタ検出カメラ61で撮影し、撮影したコネクタ画像に基づいて、規定の向きに対するコネクタBの向きのズレ量を検出することが望ましい。検出したコネクタBの向きのズレ量に基づいて、ロボットハンド1により把持されたコネクタ付きハーネスAをコネクタポートに差し込むときのロボットハンド1の向きを補正することで、コネクタポートに高い精度でコネクタ付きハーネスAのコネクタBを差し込むことができる。
(効果)
以上説明した本実施形態に係るロボットハンド1は、前段の線材チャック機構30の一対の第1フィンガ31,32と,後段の線材チャック機構50の一対の第2フィンガ51,52とでハーネスを狭持しながら、前段の一対の第1フィンガ31,32に接続された一対の押当部41,42をコネクタの後端面に押し当てることで、コネクタ付きハーネスを把持することができる。コネクタをその後端面以外ほぼ露出させ、第1フィンガ31,32の先端に突き出した状態で保持することができる。コネクタの両側を狭持しないため、第1フィンガ31,32はコネクタの幅よりも外側に突出しない、または突出してもわずかに突出する程度で抑えることができる。本実施形態に係るロボットハンド1によれば、狭小な箇所に設置されているコネクタポートへのコネクタの差し込みが可能である。また、コネクタ付きハーネスを把持する工程では、置台に載置されたコネクタをプッシュピン23で上から押し当て、仮に固定する。置台の表面に接触するコネクタの外面を水平にした状態で、コネクタ付きハーネスの把持作業が開始される。つまり、コネクタが常に同じ姿勢にされた状態で、コネクタ付きハーネスの把持作業が実行されるため、コネクタを既定の位置で既定の向きに把持することができる。万が一、コネクタの向きが規定の向きに対してズレていても、そのズレ量を検出し、コネクタをコネクタポートに差し込むときのロボットハンド1の向きを補正することで、ズレによる影響を簡単に解消することができる。
一対の押当部41,42の形状は、対象のコネクタの大きさ、形状に応じて任意の形状とすることができる。図10に示すように、例えば、一対の押当部81,82は、全体として前方に向かって広がるY字状の平面形状をなすように形成されてもよい。
また、置台7の表面に対して上に向かって膨らむように湾曲したハーネスCを、できるだけ真っすぐに整列させるために、一対の第1フィンガ31,32には一対のカバー91,92が設けられてもよい。図11に示すように、例えば、一対のカバー91,92は、互い違いに嵌まり合う櫛形に構成される。それにより、ハーネスCの膨らみを一対の第1フィンガ31,32の高さ以内に抑えつけることができ、ロボットハンド1によるコネクタ付きハーネスの把持精度を向上させることができる。
本実施形態では、ロボットハンド1は2台のカメラ61,71を装備する構成としたが、1つのカメラを備える構成としてもよい。また、図12に示すように、ロボットハンド1にカメラを装備するのではなく、置台7上のコネクタ付きハーネスの載置箇所を俯瞰する位置に1台のカメラを設ける構成としてもよい。
また、ハーネスを狭持した状態で、一対の押当部41,42をコネクタの後端面に押し当てることができるのであれば、その構成は本実施形態に限定されない。例えば、本実施形態ではロボットハンド1は2つの線材チャック機構30,50を備える構成としたが、3つ以上の線材チャック機構を有する構成としてもよい。また、ハーネスを狭持する単一の線材チャック機構と、コネクタの後端面に押当部を押し当てる機構とを有する構成としてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…ロボットハンド、11…ハンドベース、13…チャックベース、15…ベース昇降機構、20…プッシュ機構、21…パッド、23…プッシュピン、25…ピン昇降機構、27…第1前後移動機構、30…前段の線材チャック機構、31,32…第1フィンガ、35…第1開閉機構、37…第2前後移動機構、41,42…押当部、50…後段の線材チャック機構、51,52…第2フィンガ、55…第2開閉機構、61…コネクタ検出カメラ、63…カメラマウント、71…全体検出カメラ、73…カメラマウント。

Claims (7)

  1. 先端にコネクタが接続されたハーネスを把持するロボットハンドであって、
    ハンドベースと、
    前記ハンドベースに前後移動自在に支持され、前記コネクタを置台上に上方から押さえるためのプッシュ機構と、
    前記ハンドベースに昇降自在且つ前後移動自在に支持され、前記ハーネスを挟持するための前段の線材チャック機構と、
    前記ハンドベースに昇降自在に支持され、前記ハーネスを挟持するための後段の線材チャック機構と、
    前記前段の線材チャック機構の一対のフィンガに設けられ、前記コネクタに後方から押し当てられる一対の押当部とを具備し、
    前記プッシュ機構で前記コネクタを前記置台上に押さえて前記コネクタを前記置台と水平にし、
    前記後段の線材チャック機構で前記ハーネスを挟持し、
    前記前段の線材チャック機構を前方に移動して前記押当部を前記コネクタに押しつけた状態で前記前段の線材チャック機構により前記ハーネスを挟持し保持する、ロボットハンド。
  2. 前記コネクタを撮影するために前記ハンドベースにマウントされるコネクタ検出カメラをさらに備える請求項1記載のロボットハンド。
  3. 前記ハーネス及び前記コネクタを俯瞰撮影するために前記ハンドベースにマウントされる全体検出カメラをさらに備える請求項1又は2記載のロボットハンド。
  4. 前記押当部は、前方に向かって拡がるY字形状を有する請求項1乃至3のいずれか一項記載のロボットハンド。
  5. 前記押当部は、U字形状を有する請求項1乃至3のいずれか一項記載のロボットハンド。
  6. 前記前段の線材チャック機構の一対のフィンガには、前記ハーネスの湾曲を前記フィンガの高さ以内に抑えつけるために、互い違いに嵌まり合う櫛形の一対のカバーが取り付けられる請求項1乃至5のいずれか一項記載のロボットハンド。
  7. 先端にコネクタが接続されたハーネスを把持するコネクタ付きハーネスの把持方法であって、
    ハンドベースにマウントされた又は外部に設置された第1カメラにより撮像された画像に基づいて前記ハーネスの位置を検出し、
    前記検出されたハーネスの位置に従って前記ハンドベースを移動し、前記ハンドベースに支持される前段の線材チャック機構と後段の線材チャック機構各々の一対のフィンガで前記検出されたハーネスを囲み、
    前記第1カメラ又は前記ハンドベースにマウントされた若しくは外部に設置された第2カメラにより撮像された画像に基づいて前記コネクタの位置を検出し、
    前記検出されたコネクタの位置に従って前記ハンドベースに支持されたプッシュ機構を前後に移動し、前記プッシュ機構のプッシュピンを降下させて前記コネクタを置台上に押止し、
    前記後段の線材チャック機構の一対のフィンガで前記ハーネスを挟持し、
    前記前段の線材チャック機構を前方に移動し、前記前段の線材チャック機構の一対のフィンガに設けられた一対の押当部を前記押止されたコネクタに後方から押し当て、
    前記前段の線材チャック機構の一対のフィンガで前記ハーネスを挟持し、
    前記プッシュピンと前記後段の線材チャック機構を前記コネクタと前記ハーネスから待避する、
    コネクタ付きハーネスの把持方法。
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