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

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。

Images