WO2022024897A1 - 部品保持治具、ロボットシステム及び部品取付方法 - Google Patents

部品保持治具、ロボットシステム及び部品取付方法 Download PDF

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忠則 鈴木
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ファナック株式会社
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J15/0095—Gripping heads and other end effectors with an external support, i.e. a support which does not belong to the manipulator or the object to be gripped, e.g. for maintaining the gripping head in an accurate position, guiding it or preventing vibrations
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0096—Programme-controlled manipulators co-operating with a working support, e.g. work-table

Definitions

  • the present invention relates to a parts holding jig, a robot system, and a parts mounting method.
  • the parts When welding parts to the base material by arc welding, etc., the parts are often held at the mounting position by a clamp jig or the like so that the parts do not move with respect to the base material.
  • a clamp jig or the like When a part is welded to a base material having a complicated shape such as an automobile body, the base material itself between the clamp position and the welding position becomes an interfering object.
  • the component P when the component P is welded to the large base material W, the part P cannot or can be clamped to the base material W with the clamp jig 900 because the distance from the clamping position to the welding position is long.
  • the clamp jig 900 the weldable parts may be limited.
  • the robot system includes a parts supply robot that supplies parts to the work, a parts holding jig that holds the supplied parts at the mounting position with respect to the work, and a parts holding jig that holds the supplied parts at the mounting position. It is equipped with a mounting robot that attaches parts to the work.
  • a master plate for the tool changer is installed at the tip of the arm of the parts supply robot.
  • the component holding jig is connected to a tool plate that can be attached to and detached from the master plate, a suction / detachment mechanism that is attached to the tool plate and is attracted to and detached from the work according to the operation via the master plate, and an adsorption / detachment mechanism. It has a component pressing mechanism that presses the component against the workpiece in a state where the suction / detachment mechanism is attracted to the workpiece.
  • FIG. 1 is a side view showing a robot system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing an example of the component holding jig of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the positions of magnets when the component holding jig of FIG. 2 is transferred.
  • FIG. 4 is a diagram showing the position of the magnet immediately after the start of the component holding operation of the component holding jig of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a holding state of the parts by the parts holding jig of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a first stage of welding operation by the robot system of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a second stage of the welding operation by the robot system of FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a third stage of welding operation by the robot system of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a diagram showing a fourth stage of the welding operation by the robot system of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a fifth stage of welding operation by the robot system of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing a sixth stage of the welding operation by the robot system of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram showing a seventh stage of the welding operation by the robot system of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing an eighth stage of welding operation by the robot system of FIG. 1.
  • FIG. 14 is a side view showing another example of the component holding jig of FIG.
  • FIG. 15 is a side view showing another example of the component holding jig of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing a conventional example.
  • the robot system 100 includes a parts supply robot 300 that supplies parts P to the work W, a parts holding jig 1 that holds the supplied parts P at a mounting position in the work W, and mounting. It has a mounting robot 400 that mounts the component P held at the position to the work W.
  • the parts supply robot 300 and the mounting robot 400 are arranged on both sides of the work table 610 on which the work W is placed.
  • a parts supply base 710 on which the parts P are placed is arranged in the vicinity of the parts supply robot 300.
  • the parts supply robot 300 has an articulated arm mechanism.
  • the tip of the arm of the parts supply robot 300 is equipped with a parts gripping hand 3 for gripping the parts P and a master plate 4M of the tool changer 4.
  • the tool plate 4T of the tool changer 4 is provided on the component holding jig 1.
  • the tool plate 4T can be attached to and detached from the master plate 4M by sending a pneumatic or electric signal to the master plate 4M. Details of the component holding jig 1 will be described later.
  • the mounting robot 400 has an articulated arm mechanism.
  • a welding torch 2 is mounted on the tip of the arm of the mounting robot 400.
  • the arm of the mounting robot 400 is equipped with a wire supply device (not shown) that supplies welding wires to the welding torch 2.
  • the robot system 100 includes an air supply device 320 such as a compressor for supplying air to the component holding jig 1, a welding power supply 420 for supplying driving power to the welding torch 2 and the wire supply device, and the welding power supply 420.
  • the parts supply robot control device 330 that controls the operation of the parts supply robot 300 and the operation control of the parts holding jig 1, the mounting robot control device 430 that controls the movement of the mounting robot 400 and the welding power supply 420, and the parts supply robot control device. It has a general control device 500 that collectively controls the 330 and the mounting robot control device 430.
  • the parts supply robot control device 330 includes a storage device such as an HDD in which a parts supply program for controlling the operation of the parts supply robot 300 and the parts holding jig 1 is stored, a CPU for executing a program stored in the storage device, and the like. It is equipped with an arithmetic processing unit and the like. By executing the component supply program by the arithmetic processing unit, the component supply robot 300 can supply the component P to the work W according to the component supply sequence defined by the component supply program, and the component holding jig 1 can supply the component P to the work W. The component P can be held at the mounting position of the work W.
  • a storage device such as an HDD in which a parts supply program for controlling the operation of the parts supply robot 300 and the parts holding jig 1 is stored, and the like. It is equipped with an arithmetic processing unit and the like.
  • the component supply robot 300 can supply the component P to the work W according to the component supply sequence defined by the component supply program, and the component holding
  • the mounting robot control device 430 is a storage device such as an HDD in which a component mounting program for controlling the operation of the mounting robot 400 and the welding torch 2 is stored, and an arithmetic processing device such as a CPU that executes a program stored in the storage device. And so on.
  • the component mounting program is executed by the arithmetic processing unit, the mounting robot 400 operates according to the welding sequence specified by the component mounting program in synchronization with the welding torch 2, and the component P can be welded to the work W. can.
  • the integrated control device 500 executes a storage device such as an HDD in which a centralized control program for controlling the operation start timing of the parts supply robot 300 and the mounting robot 400 is stored, and a control program stored in the storage device. It is equipped with an arithmetic processing unit such as a CPU. By executing the integrated control program by the arithmetic processing unit, the parts supply robot 300 and the mounting robot 400 can be operated in synchronization with each other.
  • a storage device such as an HDD in which a centralized control program for controlling the operation start timing of the parts supply robot 300 and the mounting robot 400 is stored, and a control program stored in the storage device. It is equipped with an arithmetic processing unit such as a CPU.
  • the component holding jig 1 has a tool plate 4T that can be attached to and detached from the master plate 4M of the tool changer 4.
  • the component holding jig 1 is detachable from the component supply robot 300 via the tool changer 4.
  • the tool plate 4T is provided on the upper surface of the plate-shaped base 10.
  • the base 10 has a suction / detachment mechanism 20 that attracts to the work W and detaches from the work W, and a component pressing mechanism 30 that presses the component P against the work W while the suction / detachment mechanism 20 is attracted to the work W. , Are provided.
  • the component pressing mechanism 30 has a rod 33 that is movably supported in the vertical direction within a predetermined movable range with respect to the base 10.
  • a contact 31 such as an elastic body that comes into contact with the component P is attached to the tip of the rod 33.
  • a compression coil spring 35 is inserted into the rod 33. The compression coil spring 35 is press-fitted between the base 10 and the contact 31. When the rod 33 is lowered to the lowest position, the bottom surface of the contact 31 projects below the bottom surface of the cylinder 22.
  • the suction / detachment mechanism 20 has a magnet 21 and a magnet support mechanism that movably supports the magnet 21 in the vertical direction.
  • the magnet support mechanism has a cylindrical cylinder 22 and a piston 23 that slides inside the cylinder 22.
  • the upper and lower ends of the cylinder 22 are closed, and the inside of the cylinder 22 is separated into an upper space and a lower space by a piston 23.
  • the piston 23 is urged downward together with the magnet 21 by the piston urging mechanism.
  • the compression coil spring 24 is applied as the piston urging mechanism.
  • the upper end of the compression coil spring 24 is connected to the upper surface of the upper space of the cylinder 22, and the other end is connected to the upper surface of the piston 23.
  • a magnet 21 is fixed to the lower surface of the piston 23 via a pin 25.
  • the magnet 21 is suspended from the upper surface of the Biston 23 by a compression coil spring 24.
  • a double-acting system is adopted as the drive system for the piston 23.
  • a port 26 to which the air tube 28 is connected is provided on the side wall of the upper space of the cylinder 22, and a port 27 to which the air tube 29 of another system is connected is provided on the side wall of the lower space of the cylinder 22.
  • the magnet 21 can be pushed down and pulled up together with the piston 23.
  • the drive system of the piston 23 may be a single-acting type.
  • Switching between the air supply and exhaust of the two ports 26 and 27 in the component holding jig 1 is realized by air operation via the master plate 4M with the component holding jig 1 mounted on the component supply robot 300.
  • a solenoid valve is provided on the arm tip of the parts supply robot 300 or the master plate 4M on the air piping path from the air supply device 320 to the parts holding jig 1.
  • the supply / exhaust of the two ports 26 and 27 can be switched by controlling the opening / closing of the solenoid valve by the component supply robot control device 330.
  • the component holding jig 1 has a gap between the bottom surface of the cylinder 22 and the surface of the work W in a state where the contact 31 is in contact with the component P placed on the work W.
  • the dimensions of each element are determined in. While the component holding jig 1 is being transferred by the component supply robot 300, air is exhausted from the space above the inside of the cylinder 22 from the port 26 above, and air is discharged from the space 27 below the inside of the cylinder 22 from the port 27 below. Be aired. As a result, the magnet 21 of the component holding jig 1 is pushed up inside the cylinder 22 together with the piston 23.
  • the magnet 21 is arranged above the inside of the cylinder 22, so that the work The distance of the magnet 21 to W becomes long, and the force (adhesive force) at which the work W and the magnet 21 attract each other becomes weak. Therefore, the cylinder 22 is not attracted to the work W.
  • the air supply / exhaust of the two ports 26 and 27 is switched in a state where the contact 31 of the component holding jig 1 is in contact with the component P mounted on the work W. That is, air is supplied from the upper port 26 to the space above the inside of the cylinder 22, and air is exhausted from the lower port 27 to the space below the inside of the cylinder 22. As a result, the magnet 21 of the component holding jig 1 is pulled down inside the cylinder 22 together with the piston 23. Since the magnet 21 is arranged at the bottom of the cylinder 22, the distance of the magnet 21 to the work W becomes short, and the force (adhesive force) at which the work W and the magnet 21 attract each other becomes strong.
  • the magnetic force of the magnet 21 and the spring coefficient of the compression coil spring 35 are defined so that the attractive force can maintain the compressed state against the restoring force of the compression coil spring 35 of the component pressing mechanism 30.
  • the component holding jig 1 is attracted to and attracted to the work W together with the cylinder 22 against the restoring force of the compression coil spring 35 of the component pressing mechanism 30.
  • the compression coil spring 35 is contracted.
  • the distance at which the compression coil spring 35 is contracted is equivalent to the distance at which the component holding jig 1 is attracted to the work W.
  • the contact 31 presses the component P against the work W by the urging force of the compression coil spring 35, whereby the component P can be held at the mounting position of the work W.
  • the parts supply robot 300 mounts the parts holding jig 1 via the tool changer 4 provided at the tip of the arm.
  • the parts supply robot 300 picks up the parts P1 from the parts supply base 710 by the parts gripping hand 3 provided at the tip of the arm (see FIG. 6), and conveys the parts P1 together with the parts holding jig 1 to the mounting position of the parts P1 in the work W.
  • the component P1 is released at the mounting position (see FIG. 7).
  • the component supply robot 300 transfers the component holding jig 1 onto the component P1 mounted at the mounting position, descends toward the component P1, and makes the contact 31 of the component holding jig 1 to the component P. Make contact (see FIG. 8).
  • the magnet 21 of the component holding jig 1 is arranged at a position away from the bottom inside the cylinder 22 (see FIG. 3).
  • the air supply and exhaust of the two ports 26 and 27 are switched, and the component pressing mechanism 30 of the component holding jig 1 allows the component P1 to work. It is held at the mounting position of W (see FIG. 9). At this time, it is desirable to enable the soft float function of the parts supply robot 300. As a result, the tip of the arm of the component supply robot 300 can be attracted to the work W together with the component holding jig 1, and the position of the tip of the arm after being attracted can be acquired. As a result, the parts supply robot control device 330 can continue to control the parts supply robot 300.
  • the parts supply robot 300 separates the parts holding jig 1 and retracts the arm (see FIG. 10).
  • the tool changer 4 is operated by the parts supply robot control device 330.
  • the solenoid valve on the air piping path from to the two ports 26 and 27 is blocked.
  • the component holding jig 1 can be maintained in a state where the component P1 is held at the mounting position of the work W even after the component holding jig 1 is separated from the component supply robot 300.
  • the magnet 21 is urged by the compression coil spring 24 together with the piston 23, and is arranged below the inside of the cylinder 22. Therefore, even if air leaks from the two ports 26 and 27, the state of being sucked by the work W by the suction / detachment mechanism 20 can be maintained, so that the component P1 being welded may move. It can be avoided.
  • the mounting robot 400 attaches the parts P1 held by the parts holding jig 1 to the work W by welding.
  • the parts supply robot 300 picks up the next part P2 and conveys it to the next mounting position while the work W is being mounted by the mounting robot 400 (see FIG. 11).
  • the mounting robot 400 retracts the arm after the mounting work is completed.
  • the parts supply robot 300 mounts a parts holding jig 1 for holding the parts P1 for which the mounting work has been completed (see FIG. 12), switches between supply and exhaust of the two ports 26 and 27, and parts by the parts holding jig 1.
  • the holding state of P1 is released.
  • the component supply robot 300 transfers the component holding jig 1 onto the component P2 that has already been transported, descends toward the component P2, and brings the contact 31 of the component holding jig 1 into contact with the component P2 (see FIG. 13). ..
  • the parts supply robot 300, the parts holding jig 1, and the mounting robot 400 repeatedly execute the operation procedure described with reference to FIGS. 9 to 13 until the mounting work of all the parts P on the work W is completed.
  • the component holding jig 1 described in the present embodiment can hold the component P on the work W by itself and by suction, the restriction on the mountable portion can be relaxed when the component is attached to the work W. Can be done. Further, since the component holding jig 1 presses the component P against the work W by the urging force of the compressed compression coil spring 35, the holding force of the component P with respect to the work W can be increased and the component P can be firmly held. Further, the component holding jig 1 does not have many functions, but has a suction / detachment mechanism 20 that is attracted to the work W and detached from the work W, and a component pressing mechanism 30 that presses the component P against the work W.
  • the suction / detachment operation by the suction / detachment mechanism 20 can be realized by moving the magnet 21 inside the cylinder 22 up and down, and the pressing operation of the component P by the component pressing mechanism 30 is the urging force of the compression coil spring 35. It can be realized by, and neither is a complicated structure.
  • the power for compressing the compression coil spring 35 utilizes the force that the entire component holding jig 1 is attracted to the work W by the suction / detachment mechanism 20, and does not require a drive source such as a motor for compressing the compression coil spring 35. ..
  • the component holding jig 1 according to the present embodiment has a very simple structure.
  • the parts supply robot 300 separates the parts holding jig 1 that holds the parts P at the mounting position of the work W, so that the following parts P can be welded to the work W while the mounting robot 400 welds the parts P to the work W.
  • Other tasks such as transporting parts to mounting positions can be performed.
  • the cycle time of the welding work can be shortened and the work efficiency can be improved.
  • the robot system 100 has been described as having two robots. However, if the cycle time is acceptable, the system can be constructed even with one robot by switching between the component holding jig 1 and the welding torch 2.
  • the component P is attached to the work W by welding, but since the component holding jig 1 temporarily fixes the component P to the work W, the component P is temporarily fixed to the work W.
  • the method of fixing the component P is not limited to arc welding.
  • the welding torch 2 may be used in, for example, a device for bonding with a heat-melted resin such as a glue gun, a device for applying an adhesive, an ultrasonic welding machine using ultrasonic waves, or the like. Can be replaced.
  • the configuration of the component pressing mechanism 30 is not limited to the above structure as long as the component P can be pressed against the work W.
  • an air cylinder can be used instead of the compression coil spring 35.
  • the component pressing mechanism 40 has a cylinder 42, a piston 43, and a contact 41 connected to the piston 43 via a rod 45 passed through a sealed hole on the bottom surface of the cylinder 42. ..
  • the piston 43 is suspended inside the cylinder 42 by a compression coil spring 44.
  • Two ports 46 and 47 are opened on the side surface of the cylinder 42.
  • Air tubes 48 and 49 extending from the tool changer 4 are connected to the two ports 46 and 47, respectively.
  • the suction / detachment mechanism 20 configured as described above, after the position of the component holding jig 1 is fixed to the work W by the suction / detachment mechanism 20, the supply / exhaust of the ports 46 and 47 is switched. By moving the piston 43 downward, the contact 41 can be pressed against the component P and the component P can be held at the mounting position of the work W. Since the suction operation by the suction / detachment mechanism 20 and the pressing operation by the component pressing mechanism 40 can be performed separately, the stroke length of the contact 41 of the component pressing mechanism 40 depends on the type of component, the mounting position, and the like. Can be adjusted. Therefore, versatility can be improved.
  • the suction / detachment mechanism 50 has a suction pad 51.
  • the suction pad 51 is connected to the base 10 via the rod 52.
  • the suction pad 51 is provided with a port 53 to which the air tube 54 is connected. With the suction pad 51 in contact with the work W, the suction pad 51 is attracted to the work W by exhausting the air in the space defined by the suction pad 51 and the work W, and the component holding jig 1 is used as the work. It can be fixed to W.
  • the component P can be pressed against the work W and temporarily fixed by the component pressing mechanism 40. Since the position of the component holding jig 1 can be fixed to the work W without using the attraction by the magnet 21, the magnet 21 is used when the work W is a non-magnetic material or due to restrictions on the usage environment. Even if this is not possible, the component P can be temporarily fixed to the work W.

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Abstract

ワークに部品を取り付けるに際して、その取付可能な箇所の制限を緩和することが望まれている。ロボットシステム１００は、ワークＷに対して部品Ｐを供給する部品供給ロボット３００を有する。部品供給ロボットのアーム先端にはツールチェンジャ４のマスタプレート４Ｍが装備される。部品保持治具は、マスタプレートに着脱自在のツールプレート４Ｔと、ツールプレートに取り付けられ、マスタプレートを介した操作に従ってワークに対して吸着し、離脱する吸着・離脱機構２０と、吸着・離脱機構に連結され、吸着・離脱機構がワークに吸着した状態で部品をワークに押し付ける部品押付機構３０とを有する。

Description

部品保持治具、ロボットシステム及び部品取付方法
　本発明は、部品保持治具、ロボットシステム及び部品取付方法に関する。
　母材に部品をアーク溶接等にて溶接する際、母材に対して部品が動かないようにクランプ治具等により部品を取付位置で保持することが多い。自動車の車体などの複雑な形状の母材に対して部品を溶接する場合には、クランプ位置から溶接位置までの間の母材自体が干渉物となってしまう。また、大きな母材Ｗに対して部品Ｐを溶接する場合、クランプ位置から溶接位置までの間が遠いために、クランプ治具９００では母材Ｗに対して部品Ｐをクランプできない、又はクランプ出来ても、しっかりとクランプできないといった問題が生じる（図１６参照）。このようにクランプ治具９００では、溶接可能な箇所が制限されてしまうことがあった。
　また、ロボットアームの先端のエンドエフェクタとして、溶接トーチに加えて、部品を供給する機構、さらに部品を押さえ付ける機構を装備させたものがある。しかしエンドエフェクタの構造が複雑になり、しかも大型化は避けられないので、エンドエフェクタが高価になってしまうばかりか、エンドエフェクタが母材に干渉するために溶接可能な箇所が制限されてしまうことがある。
特開２０１０－８９２２８号公報
　ワークに部品を取り付けるに際して、その取付可能な箇所の制限を緩和することが望まれている。
　本開示の一態様に係るロボットシステムは、ワークに対して部品を供給する部品供給ロボットと、供給された部品をワークに対して取り付け位置で保持する部品保持治具と、取り付け位置に保持された部品をワークに取り付ける取付ロボットとを具備する。部品供給ロボットのアーム先端にはツールチェンジャのマスタプレートが装備される。部品保持治具は、マスタプレートに着脱自在のツールプレートと、ツールプレートに取り付けられ、マスタプレートを介した操作に従ってワークに対して吸着し、離脱する吸着・離脱機構と、吸着・離脱機構に連結され、吸着・離脱機構がワークに吸着した状態で部品をワークに押し付ける部品押付機構とを有する。
　本態様によれば、簡素な構造でありながら、ワークに部品を取り付けるに際して、その取付可能な箇所の制限を緩和するロボット用の治具を実現し得る。
図１は、本実施形態に係るロボットシステムを示す側面図である。 図２は、図１の部品保持治具の一例を示す側面図である。 図３は、図２の部品保持治具の移送時における磁石の位置を示す図である。 図４は、図２の部品保持治具の部品保持動作開始直後の磁石の位置を示す図である。 図５は、図２の部品保持治具による部品の保持状態を示す図である。 図６は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第１段階を示す図である。 図７は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第２段階を示す図である。 図８は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第３段階を示す図である。 図９は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第４段階を示す図である。 図１０は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第５段階を示す図である。 図１１は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第６段階を示す図である。 図１２は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第７段階を示す図である。 図１３は、図１のロボットシステムによる溶接動作の第８段階を示す図である。 図１４は、図１の部品保持治具の他の例を示す側面図である。 図１５は、図１の部品保持治具の他の例を示す側面図である。 図１６は、従来例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットシステムを説明する。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、ロボットシステム１００は、ワークＷに対して部品Ｐを供給する部品供給ロボット３００と、供給された部品ＰをワークＷにおける取付位置で保持する部品保持治具１と、取付位置に保持された部品ＰをワークＷに取り付ける取付ロボット４００とを有する。
　部品供給ロボット３００と取付ロボット４００とは、ワークＷが載置される作業台６１０を挟んで両側にそれぞれ配置される。部品供給ロボット３００の近傍には、部品Ｐが載置された部品供給台７１０が配置される。
　部品供給ロボット３００は、多関節アーム機構を有する。部品供給ロボット３００のアーム先端には、部品Ｐを把持するための部品把持ハンド３と、ツールチェンジャ４のマスタプレート４Ｍとが装備されている。ツールチェンジャ４のツールプレート４Ｔは、部品保持治具１に設けられている。マスタプレート４Ｍに空気圧または電気信号を送ることによって、マスタプレート４Ｍに対してツールプレート４Ｔを着脱することができる。部品保持治具１の詳細は後述する。
　取付ロボット４００は、多関節アーム機構を有する。取付ロボット４００のアームの先端には、溶接トーチ２が装備されている。取付ロボット４００のアームには、溶接トーチ２に溶接ワイヤを供給するワイヤ供給装置（図示しない）が装備されている。
　上記の構成要素以外に、ロボットシステム１００は、部品保持治具１にエアを供給するためのコンプレッサ等のエア供給装置３２０、溶接トーチ２及びワイヤ供給装置に駆動用電源を供給する溶接電源４２０、部品供給ロボット３００の動作制御及び部品保持治具１の動作制御を担う部品供給ロボット制御装置３３０、取付ロボット４００の動作制御及び溶接電源４２０の制御を担う取付ロボット制御装置４３０、部品供給ロボット制御装置３３０及び取付ロボット制御装置４３０を統括的に制御する統括制御装置５００を有する。
　部品供給ロボット制御装置３３０は、部品供給ロボット３００及び部品保持治具１の動作を制御するための部品供給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部品供給プログラムが実行されることで、部品供給ロボット３００は、部品供給プログラムで規定された部品供給シーケンスに従って部品ＰをワークＷに供給することができ、部品保持治具１は、部品ＰをワークＷの取付位置で保持することができる。
　取付ロボット制御装置４３０は、取付ロボット４００及び溶接トーチ２の動作を制御するための部品取付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部品取付プログラムが実行されることで、取付ロボット４００は、溶接トーチ２と同期して、部品取付プログラムで規定された溶接シーケンスに従って動作し、部品ＰをワークＷに溶接することができる。
　統括制御装置５００は、部品供給ロボット３００及び取付ロボット４００の動作開始のタイミングを制御するための統括制御用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制御用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統括制御用プログラムが実行されることで、部品供給ロボット３００と取付ロボット４００とを同期して動作させることができる。
　図２に示すように、部品保持治具１は、ツールチェンジャ４のマスタプレート４Ｍに対して着脱自在なツールプレート４Ｔを有する。ツールチェンジャ４を介して、部品保持治具１は、部品供給ロボット３００に対して着脱自在である。ツールプレート４Ｔは、板状のベース１０の上面に設けられる。ベース１０には、ワークＷに対して吸着し、ワークＷから離脱する吸着・離脱機構２０と、吸着・離脱機構２０がワークＷに吸着した状態で部品ＰをワークＷに押し付ける部品押付機構３０と、が設けられる。
　部品押付機構３０は、ベース１０に対して所定の可動範囲で上下方向に移動自在に支持されるロッド３３を有する。ロッド３３の先端には、部品Ｐに当接する弾性体等のコンタクト３１が取り付けられる。ロッド３３には圧縮コイルバネ３５が挿入される。圧縮コイルバネ３５は、ベース１０とコンタクト３１との間に圧入される。ロッド３３が最下位置に下がっているとき、コンタクト３１の底面はシリンダ２２の底面より下側に突出している。
　吸着・離脱機構２０は、磁石２１と、磁石２１を上下方向に移動自在に支持する磁石支持機構とを有する。磁石支持機構は、円筒形状のシリンダ２２と、その内部で摺動するピストン２３とを有する。シリンダ２２は上下端が閉塞されており、ピストン２３により、シリンダ２２の内部は上部空間と下部空間とに隔てられる。ピストン２３は、ピストン付勢機構により、磁石２１とともに下方に付勢されている。典型的には、ピストン付勢機構として圧縮コイルバネ２４が適用される。圧縮コイルバネ２４の上端はシリンダ２２の上部空間の上面に接続され、他端はピストン２３の上面に接続されている。ピストン２３の下面には、ピン２５を介して磁石２１が固定されている。磁石２１は、圧縮コイルバネ２４により、ビストン２３の上面に吊り下げられている。
　ピストン２３の駆動方式として複動式が採用される。シリンダ２２の上部空間の側壁にはエアチューブ２８が接続されるポート２６が設けられ、シリンダ２２の下部空間の側壁には別系統のエアチューブ２９が接続されるポート２７が設けられる。二つのポート２６，２７の給気排気を独立して切り替えることでピストン２３とともに磁石２１を下方に押し下げ、また上方に引き上げることができる。それによりマスタプレート４Ｍを介して外部コンプレッサからのエアの供給・停止（排気）の操作により、ワークＷに対する磁石２１の吸着・離脱を外部操作することができる。ピストン２３の駆動方式は単動式であってもよい。
　部品保持治具１における二つのポート２６，２７の給気排気の切り替えは、部品保持治具１が部品供給ロボット３００に装着された状態で、マスタプレート４Ｍを介したエア操作により実現される。具体的には、エア供給装置３２０から部品保持治具１までのエアの配管経路上であって、部品供給ロボット３００のアーム先端又はマスタプレート４Ｍには、電磁弁が設けられる。部品供給ロボット制御装置３３０による電磁弁の開閉制御により、二つのポート２６，２７の給気排気を切り替えることができる。
　上方のポート２６からシリンダ２２の内部にエアを給気し、下方のポート２７からシリンダ２２の内部のエアを排気したとき、磁石２１はピストン２３とともに下方に押し出され、シリンダ２２の底部に配置される。
　上方のポート２６を介してシリンダ２２の内部の上部空間からエアを排気し、下方のポート２７を介してシリンダ２２の内部の下部空間にエアを給気したとき、磁石２１はピストン２３ともに上方に引き上げられ、シリンダ２２の上部に配置される。
　なお、二つのポート２６，２７のいずれからもシリンダ２２の内部にエアを給気していないとき、ピストン２３は圧縮コイルバネ２４により下方に向かって付勢される。磁石２１はシリンダ２２の底面に押し付けられる。
　図３乃至図５を参照して、部品保持治具１による部品Ｐの保持動作を説明する。　
　図３に示すように、部品保持治具１は、ワークＷに載置された部品Ｐにコンタクト３１を接触させた状態で、シリンダ２２の底面とワークＷの表面との間に隙間があくように各要素の寸法が決められている。部品保持治具１が部品供給ロボット３００により移送されている間、上方のポート２６からシリンダ２２の内部上方の空間からエアが排気され、下方のポート２７からシリンダ２２の内部下方の空間にエアが給気される。それにより、部品保持治具１の磁石２１はピストン２３とともにシリンダ２２の内部上方に押し上げられる。図３に示すように、部品保持治具１のコンタクト３１をワークＷに載置された部品Ｐに接触させた状態であっても、磁石２１がシリンダ２２の内部上方に配置されるため、ワークＷに対する磁石２１の距離が遠くなり、ワークＷと磁石２１とが互いに引き合う力（吸着力）が弱くなる。そのため、シリンダ２２はワークＷに引き寄せられない。
　部品保持治具１のコンタクト３１をワークＷに載置された部品Ｐに接触させた状態で、二つのポート２６，２７の給気排気が切り替えられる。すなわち、上方のポート２６からシリンダ２２の内部上方の空間にエアが給気され、下方のポート２７からシリンダ２２の内部下方の空間のエアが排気される。それにより、部品保持治具１の磁石２１はピストン２３とともにシリンダ２２の内部下方に引き下げられる。磁石２１がシリンダ２２の底部に配置されるため、ワークＷに対する磁石２１の距離が短くなり、ワークＷと磁石２１とが互いに引き合う力（吸着力）が強くなる。この吸着力が部品押付機構３０の圧縮コイルバネ３５の復元力に抗って圧縮状態を維持できるように、磁石２１の磁力、圧縮コイルバネ３５のバネ係数が既定されている。部品保持治具１は、部品押付機構３０の圧縮コイルバネ３５の復元力に抗って、シリンダ２２とともにワークＷに引き寄せられ吸着される。
　図５に示すように、部品保持治具１がワークＷに引き寄せられると、圧縮コイルバネ３５は縮められる。圧縮コイルバネ３５が縮められる距離は、部品保持治具１がワークＷに引き寄せられた距離と等価である。コンタクト３１は、圧縮コイルバネ３５による付勢力により、部品ＰをワークＷに押し付け、それにより、部品ＰをワークＷの取付位置で保持することができる。
　以下、図６乃至図１３を参照して、ロボットシステム１００による、ワークＷに対する複数の部品Ｐ１、Ｐ２・・・、の溶接手順について説明する。　
　まず、部品供給ロボット３００は、アーム先端に設けられたツールチェンジャ４を介して部品保持治具１を装着する。部品供給ロボット３００は、アーム先端に設けられた部品把持ハンド３により、部品供給台７１０から部品Ｐ１をピックアップし（図６参照）、部品保持治具１とともにワークＷにおける部品Ｐ１の取付位置に搬送し、取付位置において部品Ｐ１をリリースする（図７参照）。次に、部品供給ロボット３００は、取付位置に載置された部品Ｐ１の上に部品保持治具１を移送し、部品Ｐ１に向けて降下し、部品保持治具１のコンタクト３１を部品Ｐに接触させる（図８参照）。なお、図６乃至図８に示す段階において、部品保持治具１の磁石２１はシリンダ２２の内部の底部から遠ざけられた位置に配置されている（図３参照）。
　部品保持治具１のコンタクト３１を部品Ｐ１に接触させた状態で、二つのポート２６，２７の給気排気が切り替えられることで、部品保持治具１の部品押付機構３０により、部品Ｐ１はワークＷの取付位置で保持される（図９参照）。このとき、部品供給ロボット３００のソフトフロート機能を有効にしておくことが望ましい。それにより、部品供給ロボット３００のアーム先端を部品保持治具１とともにワークＷに引き寄せ、引き寄せられた後のアーム先端の位置を取得することができる。それにより、部品供給ロボット制御装置３３０は、部品供給ロボット３００の制御を継続することができる。
　部品保持治具１によって部品が保持された後、部品供給ロボット３００は、部品保持治具１を分離し、アームを退避する（図１０参照）。部品供給ロボット３００が分離された状態でも、シリンダ２２の内部からエアが漏れないように、部品供給ロボット３００から部品保持治具１を分離する前に、部品供給ロボット制御装置３３０により、ツールチェンジャ４から二つのポート２６，２７までのエア配管経路上の電磁弁が封鎖される。それにより、部品保持治具１は、部品供給ロボット３００からの分離後も、部品Ｐ１をワークＷの取付位置で保持した状態で維持することができる。なお、元々、磁石２１はピストン２３とともに圧縮コイルバネ２４により付勢され、シリンダ２２の内部の下方に配置されている。そのため、万が一、二つのポート２６，２７からエアが漏れてしまっても、吸着・離脱機構２０によるワークＷに吸着した状態を維持することができるため、溶接中の部品Ｐ１が動いてしまう事態を回避することができる。
　部品供給ロボット３００により部品保持治具１が分離された後、取付ロボット４００は、部品保持治具１により保持された部品Ｐ１を溶接によりワークＷに取り付ける。部品供給ロボット３００は、取付ロボット４００によるワークＷの取付作業が実施されている間、次の部品Ｐ２をピックアップし、次の取付位置に搬送する（図１１参照）。取付ロボット４００は、取付作業の完了後、アームを退避する。部品供給ロボット３００は、取付作業が完了した部品Ｐ１を保持する部品保持治具１を装着し（図１２参照）、二つのポート２６、２７の給気排気を切り替え、部品保持治具１による部品Ｐ１の保持状態を解除する。部品供給ロボット３００は、部品保持治具１を既に搬送済みの部品Ｐ２上に移送し、部品Ｐ２に向けて降下し、部品保持治具１のコンタクト３１を部品Ｐ２に接触させる（図１３参照）。部品供給ロボット３００、部品保持治具１及び取付ロボット４００は、図９乃至図１３で説明した動作手順をワークＷに対する全ての部品Ｐの取付作業が完了するまで、繰り返し実行する。
　本実施形態で説明した部品保持治具１はそれ単独でしかも吸着によりワークＷに部品Ｐを保持することができるので、ワークＷに部品を取り付けるに際して、その取付可能な箇所の制限を緩和することができる。
　また部品保持治具１は、縮められた圧縮コイルバネ３５による付勢力により部品ＰをワークＷに押し付けるため、ワークＷに対する部品Ｐの保持力を大きくすることができ、しっかりと保持することができる。また、部品保持治具１は、多くの機能を有するものではなく、ワークＷに吸着し、ワークＷから離脱する吸着・離脱機構２０と、部品ＰをワークＷに押し付ける部品押付機構３０とを有すればよいしかも、吸着・離脱機構２０による吸着・離脱動作は、シリンダ２２の内部の磁石２１の上下の移動により実現でき、部品押付機構３０により部品Ｐの押圧動作は、圧縮コイルバネ３５の付勢力により実現できるものであり、いずれも複雑な構造ではない。圧縮コイルバネ３５を縮める動力は、吸着・離脱機構２０により部品保持治具１の全体がワークＷに引き寄せられる力を利用したもので、圧縮コイルバネ３５を縮めるためのモータなどの駆動源が不要である。このように、本実施形態に係る部品保持治具１は、非常に簡素な構造であるといえる。
　さらに部品保持治具１は、部品供給ロボット３００から分離されても、それ単独でワークＷに対する部品Ｐの保持状態を維持することができる。そのため、部品供給ロボット３００は、部品ＰをワークＷの取付位置にて保持する部品保持治具１を分離することで、取付ロボット４００が部品ＰをワークＷに溶接している間に、次の部品の取付位置への搬送などの他の作業を実行することができる。それにより、溶接作業のサイクルタイムを短くすることができ、作業効率を向上させることができる。
　本実施形態では、ロボットシステム１００が２台のロボットを有する構成として説明した。しかしながら、サイクルタイムが許容されるのであれば、部品保持治具１と溶接トーチ２とを持ち替えることで、１台のロボットでもシステムを構築することができる。
　本実施形態では、ワークＷに対して部品Ｐを溶接により取り付ける例を説明したが、部品保持治具１は、ワークＷに対して部品Ｐを仮固定するものであるから、ワークＷに対して部品Ｐを固定する方法はアーク溶接に限定されない。ワークＷに対する部品Ｐの固定方法に応じて、溶接トーチ２は、例えば、グルーガンなどの熱で溶かした樹脂で接着する機器、接着剤を塗布する機器、超音波を利用した超音波溶着機などに代替することができる。
　本実施形態では、部品押付機構３０として圧縮コイルバネ３５を使用した例を説明したが、部品ＰをワークＷに押し付けることができるのであれば、部品押付機構３０の構成は上記構造に限定されない。例えば、圧縮コイルバネ３５に換わってエアシリンダを使用することができる。図１４に示すように、部品押付機構４０は、シリンダ４２と、ピストン４３と、シリンダ４２の底面のシールされた孔に通されたロッド４５を介してピストン４３に連結されるコンタクト４１とを有する。ピストン４３は、圧縮コイルバネ４４によりシリンダ４２の内部に吊り下げられる。シリンダ４２の側面には二つのポート４６，４７が開けられる。二つのポート４６，４７には、ツールチェンジャ４から延びるエアチューブ４８，４９がそれぞれ接続される。吸着・離脱機構２０と同様に、シリンダ４２に設けられた二つのポート４６，４７の給気排気を個別に操作することで、コンタクト４１を部品Ｐに押し付け、部品Ｐからコンタクト４１を離反させることができる。それにより、ワークＷに対する部品Ｐの保持、また、ワークＷに対する部品Ｐの保持状態の解除を切り替えることができる。
　上記のように構成された部品押付機構４０によれば、吸着・離脱機構２０により、部品保持治具１の位置がワークＷに対して固定された後、ポート４６，４７の給気排気を切替、ピストン４３を下方に向けて移動させることで、コンタクト４１を部品Ｐに押し付け、部品ＰをワークＷの取付位置に保持することができる。吸着・離脱機構２０による吸着動作と、部品押付機構４０による押付動作とは、個別に行うことができるため、部品押付機構４０のコンタクト４１のストロークの長さを部品の種類、取付位置などに応じて調整することができる。そのため、汎用性を向上させることができる。
　エアシリンダを使用した部品押付機構４０を採用するのであれば、吸着・離脱機構２０の磁石２１に換わって吸着パッドを使用することができる。図１５に示すように、吸着・離脱機構５０は、吸着パッド５１を有する。吸着パッド５１は、ロッド５２を介してベース１０に接続される。吸着パッド５１には、エアチューブ５４が接続されるポート５３が設けられる。吸着パッド５１をワークＷに接触させた状態で、吸着パッド５１とワークＷとで規定される空間のエアを排気することで、吸着パッド５１をワークＷに吸着させ、部品保持治具１をワークＷに対して固定することができる。なお、ツールチェンジャ４を分離した際に、エア漏れが発生しないように、逆止弁等を使用した配管を構築する必要がある。上記のように構成された吸着・離脱機構５０により、ワークＷに対する部品保持治具１の位置を固定した後、部品押付機構４０により、部品ＰをワークＷに押し付け、仮固定することができる。磁石２１による吸着を利用せずにワークＷに対して部品保持治具１の位置を固定することができるため、ワークＷが非磁性体である場合や、使用環境上の制約により磁石２１を使用することができない場合であっても、部品ＰをワークＷに対して仮固定することができる。
　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…部品保持治具、３…部品把持ハンド、４…ツールチェンジャ、４Ｍ…マスタプレート、４Ｔ…ツールプレート、１０…ベース、２０…吸着・離脱機構、２１…磁石、２２…シリンダ、２３…ピストン、２４…圧縮コイルバネ、２５…ピン、２６，２７…ポート、２８，２９…エアチューブ、３０…部品押付機構、３１…コンタクト、３３…ロッド。

Claims (7)

  1. 　ワークに対して部品を供給する部品供給ロボットと、前記供給された部品を前記ワークに対して取り付け位置で保持する部品保持治具と、前記取り付け位置に保持された前記部品を前記ワークに取り付ける取付ロボットとを具備し、
    　前記部品供給ロボットのアーム先端にはツールチェンジャのマスタプレートが装備され、
    　前記部品保持治具は、
    　　前記マスタプレートに着脱自在のツールプレートと、
    　　前記ツールプレートに取り付けられ、前記マスタプレートを介した操作に従って前記ワークに対して吸着し、離脱する吸着・離脱機構と、
    　　前記吸着・離脱機構に連結され、前記吸着・離脱機構が前記ワークに吸着した状態で前記部品を前記ワークに押し付ける部品押付機構とを有する、ロボットシステム。
  2. 　前記吸着・離脱機構は、磁石と、前記磁石を前記ワークに接近・離反する方向に移動自在に支持する支持機構とを有する請求項１記載のロボットシステム。
  3. 　前記支持機構は、シリンダとピストンとを有し、
    　前記マスタプレートを介した前記シリンダへのエアの供給操作により、前記磁石の前記ワークからの離反と前記磁石の前記ワークへの吸着とが切り替えられる、請求項２記載のロボットシステム。
  4. 　前記ピストンを前記磁石とともに前記ワークに接近する方向に付勢するバネを前記シリンダ内に装備される、請求項３記載のロボットシステム。
  5. 　前記部品押付機構は、前記部品に接するコンタクトと、前記コンタクトを前記ワークに押し付ける圧縮バネとを有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  6. 　ワークに部品を取り付ける方法において、
    　部品供給ロボットは、部品保持治具を装着するとともに、前記部品をピックアップし、
    　前記部品供給ロボットが前記部品を前記ワークの取り付け位置に搬送してリリースし、
    　前記部品供給ロボットが前記部品保持治具を前記リリースされた部品上に移送し、
    　前記部品保持治具が前記リリースされた部品を前記取り付け位置で保持し、
    　前記部品供給ロボットが前記部品保持治具を離脱して退避し、
    　前記取付ロボットが前記保持された部品を前記ワークに取り付け、
    　前記部品供給ロボットが前記部品保持治具を回収する、部品取付方法。
  7. 　部品供給ロボットにより供給された部品をワークに対して取り付け位置で保持する部品保持治具において、
    　前記部品供給ロボットのアーム先端に装備されたツールチェンジャのマスタプレートに着脱自在のツールプレートと、
    　前記ツールプレートに取り付けられ、前記マスタプレートを介した操作に従って前記ワークに対して吸着し、離脱する吸着・離脱機構と、
    　前記吸着・離脱機構に連結され、前記吸着・離脱機構が前記ワークに吸着した状態で前記部品を前記ワークに押し付ける部品押付機構とを有する、部品保持治具。
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