WO2023276718A1 - 電子機器組立装置および電子機器組立方法 - Google Patents

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WO2023276718A1
WO2023276718A1 PCT/JP2022/024292 JP2022024292W WO2023276718A1 WO 2023276718 A1 WO2023276718 A1 WO 2023276718A1 JP 2022024292 W JP2022024292 W JP 2022024292W WO 2023276718 A1 WO2023276718 A1 WO 2023276718A1
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WO
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cable
tip
circuit board
gripping
gripping device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/024292
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English (en)
French (fr)
Inventor
慧 見上
大作 内島
京太郎 三村
Original Assignee
株式会社不二越
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/26—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for engaging or disengaging the two parts of a coupling device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/59—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures
    • H01R12/62—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures connecting to rigid printed circuits or like structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/28—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for wire processing before connecting to contact members, not provided for in groups H01R43/02 - H01R43/26

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device assembling apparatus and an electronic device assembling method for gripping a cable electrically connected to a circuit board or the like of an electronic device.
  • Electronic device assembly equipment is equipment used in production sites such as factories, for example, and the tip of a flat and flexible cable such as FPC (Flexible Printed Circuit) or FFC (Flexible Flat Cable) is A connection work is performed to electrically connect to a connector (board-side connector) of the circuit board to which the connector is to be connected.
  • This electronic device assembly apparatus includes a visual device such as a camera, a robot arm, and a control device that controls the visual device and the robot arm.
  • the cable is flexible and long, it deforms unexpectedly when bent or pushed. For this reason, there are variations in the position and posture of the cable, particularly at the tip. It is difficult to recognize such uneven ends of cables by a visual device of an electronic device assembly apparatus, to grasp them by a robot arm, or to insert them into board-side connectors. Therefore, there are cases where the connection work is performed manually. However, if the tip of the cable and the board-side connector are precisely aligned manually, there is a problem that the work efficiency is poor.
  • Patent Document 1 describes a motion control device for a robot. This device uses a visual sensor to measure the error between the grip target position and the robot hand, moves the robot hand by a movement amount corresponding to the error, and corrects the position of the robot hand. Patent Literature 1 describes that the accuracy is improved by repeating the correction operation and the error measurement using the visual sensor until the robot hand reaches the gripping target position.
  • Patent Document 2 describes a connector gripping device.
  • the gripping portion of the first hand of the first robot grips the midway portion of the cable with the connector, and the connector is approached to the cable while the gripping portion of the first hand is kept in contact with the cable. to constrain the position of the connector within a certain spatial range.
  • the first visual sensor detects the position and orientation of the connector constrained within a certain spatial range, and based on the detected position and orientation, the second hand of the second robot grips the connector. ing.
  • Patent Document 3 discloses an electronic device in which a second end of a cable having a first end and a second end is attached to a connector of a circuit board while the first end of the cable is connected to an electronic circuit.
  • a method of assembly is described. In this method of assembling an electronic device, first, the cable holding tool is slid relatively to the cable while holding a portion of the cable while restricting the position of the cable holding tool in the width direction with respect to the cable. A cable retention tool is then approached to the second end and the cable retention tool is moved relative to the connector to attach the second end to the connector.
  • a midway portion of the cable which has less variation in position and posture than the tip of the cable, is held by a robot hand or a cable holding tool so as to be slidable in the longitudinal direction of the cable.
  • a robot hand or cable holding tool is moved to the tip of the cable, which is the final grasping target. In this way, the tip of the cable, which has more variations in position and orientation than the middle part of the cable, is gripped or held.
  • connection work it is preferable to complete the connection work in a short time from the perspective of increasing productivity. Therefore, in connection work, it is required to detect the position of the tip of the cable and grip it in a short period of time.
  • the correction operation and the error measurement using the visual sensor are repeated until the robot hand reaches the gripping target position.
  • the cable may undergo flexible deformation such as bending or twisting or expansion/contraction deformation, and the target gripping position may be displaced. Therefore, with the technique of Patent Document 1, it may take time to converge the position of the robot hand to the gripping target position that is displaced.
  • a gripping portion of a first hand of a first robot grips an intermediate portion of a cable with a connector, and based on the position and orientation of the connector of the cable detected by a first visual sensor, the second robot moves the A second hand grips the connector.
  • the technique of Patent Document 2 requires two robots, the first robot and the second robot, which increases the cost.
  • Patent Document 3 The technology of Patent Document 3 is intended to hold an upright cable. However, in the actual manufacturing process at the production site, when the cable is connected (soldered) to the board, it is in a lying posture (if the board is substantially horizontal, the cable is also substantially horizontal). For this reason, in order to apply the technique of Patent Document 3 to actual connection work, an additional step of standing up the cable in a lying posture is required.
  • a representative configuration of an electronic equipment assembly apparatus includes a gripping device that grips a flat and flexible cable with its tip lying in a substantially horizontal direction; A robot arm that moves the gripping device relative to a circuit board electrically connected at its base, and a robot control device that controls the operation of the gripping device and the robot arm, wherein the gripping device has a rake face. and a holding portion for holding the cable guided by the guide portion. , the rake face of the guide portion is brought into contact with the tip of the cable, and the cable is erected by advancing toward the circuit board.
  • the gripping device can be attached to the tip of the cable in the lying posture.
  • the cable is erected by moving it so as to face it, bringing the rake face of the guide into contact with the tip of the cable, and advancing it toward the circuit board.
  • the erected cable is guided by the guide portion and held by the holding portion.
  • the cable in a lying posture can be erected by the scoop surface of the guide portion with a simple configuration of moving the gripping device, so that the connection work can be performed quickly.
  • the above-mentioned holding portion preferably has gripping claws that are operated by an actuator, and the gripping claws hold the cable by sandwiching it in a direction that intersects the longitudinal direction.
  • the cable erected by the rake face of the guide portion is clamped by the gripping claws of the holding portion in a direction intersecting the longitudinal direction of the cable (for example, width direction). Therefore, it is possible to reliably hold the upright cable.
  • the gripping device described above preferably further has a suction portion that is provided on the lower surface thereof and that suctions and holds the cable.
  • the gripping device is moved substantially horizontally, the erected cable is folded back, the tip of the cable is held by the holding portion, and the cable is inserted into the connector of the circuit board to which it is connected.
  • the erected cable can be folded back and the tip of the cable can be inserted into the connector of the circuit board to complete the connection work.
  • a representative configuration of the electronic device assembling method according to the present invention is flat and flexible, the base is connected to the circuit board, and the tip is lying in a substantially horizontal direction.
  • An electronic equipment assembly method for inserting the end of a cable into a connector of a circuit board to which it is connected wherein a gripping device having a guide portion having a rake face and a holding portion holding the cable guided by the guide portion is moved. , the gripping device is directly opposed to the tip of the cable in a lying posture, the scoop surface of the guide portion is brought into contact with the tip of the cable, and the gripping device is advanced toward the circuit board to raise the cable and lift the gripping device. It is characterized by moving substantially horizontally, folding back the erected cable, holding the tip of the cable by the holding part, and inserting it into the connector of the circuit board of the connection destination.
  • the gripping device is moved so as to directly face the tip of the cable lying down, the rake surface of the guide portion is brought into contact with the tip of the cable, and the cable is advanced toward the circuit board. I am standing up. Therefore, with a simple configuration of moving the gripping device, the cable in a lying posture can be raised by the scoop surface of the guide portion. Furthermore, in the above configuration, the connection work can be quickly completed by folding back the erected cable and inserting the tip of the cable into the connector of the circuit board to be connected with a simple configuration in which the gripping device is moved substantially horizontally. can be done.
  • an electronic device assembling apparatus and an electronic device assembling method that can quickly perform a connection work by raising a cable in a lying posture with a simple configuration.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a robot system to which an electronic device assembly apparatus according to an embodiment of the present invention is applied;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a part of the electronic equipment assembly apparatus of FIG. 1;
  • 2 is a block diagram showing functions of the robot system of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a gripping device of the electronic device assembly apparatus of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a diagram for explaining conditions for erecting the tip of the cable by the gripping device of FIG. 4;
  • FIG. 4 is a block diagram showing functions of the electronic device assembly apparatus of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a diagram showing how the gripping device of FIG. 4 performs cable connection work;
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a robot system 102 to which an electronic equipment assembly apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of the electronic equipment assembly apparatus 100 of FIG.
  • the electronic equipment assembly apparatus 100 is an apparatus used in a production site such as a factory, for example, and electrically connects (inserts) a tip 106 of a cable 104 shown in FIG. Automatic connection work.
  • the cable 104 is a flat and flexible elongated cable such as FPC or FFC, which is very flexible and is configured so that a part thereof can be bent in an arc shape.
  • the objects are those that are electrically connected and whose tip 106 is laid down.
  • the lying state means that the base 112 of the cable 104 is electrically connected (soldered) to the circuit board 108 in the actual manufacturing process at the production site, and if the circuit board 108 is substantially horizontal, the cable 104 also refers to a posture that is in a substantially horizontal state.
  • the electronic device assembly apparatus 100 includes a robot main body 113 shown in FIG. 1 and a robot control device 114 connected to the robot main body 113.
  • the robot system 102 includes, in addition to the electronic device assembly apparatus 100 , a host control system 116 connected to a robot controller 114 , an input device 118 , and a status notification device 120 .
  • the input device 118 is a device for inputting commands, parameters, etc. to the robot control device 114 .
  • the state notification device 120 is a device that receives and displays the operation state of the robot main body 113 and the connection work state transmitted from the robot control device 114 .
  • the robot body 113 includes a base portion 122 shown in FIG. 1, a robot arm 124 connected to the base portion 122, a grasping device 126, and a visual device 128.
  • the gripping device 126 is a device that is attached to the distal end 129 of the robot arm 124 and grips the cable 104 as shown in FIG.
  • the visual device 128 is an imaging device for imaging the cable 104 and the like, and is attached in a downward posture toward the distal end 129 of the robot arm 124.
  • a camera 130 which is a visual sensor, and an illumination device 132 for illuminating the circuit board 108 and the cable 104 .
  • FIG. 3 is a block diagram showing the functions of the robot system 102 of FIG.
  • the robot arm 124 is of a 6-axis vertical articulated type, and has an electric motor 136 as an actuator provided at each joint, and an encoder 138 for detecting the position of each joint.
  • the encoder 138 outputs to the robot controller 114 a position signal indicating the position detection result of each joint.
  • Robot controller 114 generates a drive signal for driving electric motor 136 based on the position signal from encoder 138 .
  • the electric motor 136 is driven by a drive signal output from the robot controller 114, and achieves a target motion of the robot arm 124 during connection work.
  • the robot arm 124 can move the gripping device 126 shown in FIG. 2 attached to its tip 129 to a predetermined position.
  • the robot arm 124 is a 6-axis vertical articulated robot, it is not limited to this, and may be a vertical articulated robot other than the 6-axis robot or a horizontal articulated robot.
  • FIG. 4 is a diagram showing the gripping device 126 of the electronic equipment assembly apparatus 100 of FIG. 4(a) and 4(b) show the gripping device 126 viewed obliquely from below and obliquely from above, respectively.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating conditions for erecting the tip 106 of the cable 104 by the gripping device 126 of FIG.
  • the gripping device 126 has a guide portion 140 and a holding portion 142 .
  • the guide portion 140 has a rake face 144 and a return face 145 .
  • the holding portion 142 has an actuator 146 and a pair of gripping claws 148 and 150 .
  • the gripping claws 148 and 150 open and close so as to approach or separate from each other as the actuator 146 is driven, thereby clamping and holding both side surfaces of the cable 104 in a direction intersecting the longitudinal direction (for example, the width direction). or open the cable 104 .
  • the rake face 144 of the guide part 140 is in contact with the tip 106 of the cable 104 lying down as shown in FIG.
  • the angle ⁇ is set so that force is applied.
  • the tip 106 of the cable 104 in the lying posture contacts the rake face 144 and the tip 106 of the cable 104 receives a force F from the rake face 144
  • the force F is perpendicular to the rake face 144 . It can be decomposed into the drag force N and the frictional force ⁇ N along the surface direction of the rake face 144 . Note that ⁇ is the coefficient of friction.
  • the pressure angle ⁇ is the angle formed by the longitudinal direction of the cable 104 and the normal force N as shown in FIG. Furthermore, the friction angle ⁇ is the angle between the force F and the normal force N. Therefore, the following equation (1) holds between the friction angle ⁇ and the friction coefficient ⁇ .
  • the angle ⁇ of the rake face 144 is set so that the following formula (6) holds according to the formulas (4) and (5). ⁇ /2-tan ⁇ 1 ⁇ ... Formula (6)
  • both side surfaces of the guide portion 140 are provided with projecting portions 152 .
  • the projecting portion 152 has a lead-in portion 154 and a parallel portion 156 .
  • the introduction portions 154 are positioned on both side surfaces of the rake face 144 and are inclined to protrude downward.
  • the parallel portion 156 is continuous with the introduction portion 154 and extends parallel to the longitudinal direction of the cable 106 .
  • the distance between the parallel portions 156 provided on both side surfaces of the guide portion 140 is such that a clearance is secured between the side surfaces of the cable 104 while the parallel portions 156 guide the side surfaces of the tip 106 of the cable 104.
  • the cable 104 is set to slide.
  • the tip 106 of the cable 104 is slidable in the longitudinal direction by the projecting portion 152 of the guide portion 140, and movement in the width direction is restricted.
  • the robot controller 114 controls the robot body 113 (see FIG. 1) to move the gripping device 126 so that the rake face 144 of the guide section 140 contacts the tip 106 of the cable 104. (See Figure 5). Further, in the electronic device assembling apparatus 100, when the scoop surface 144 of the guide portion 140 and the tip 106 of the cable 104 are in contact with each other, the tip 106 of the cable 104 moves upward when the gripping device 126 is further advanced toward the circuit board 108. By bending upward, the cable 104 can be erected (described later) because it moves upward while sliding.
  • the tip 106 of the cable 104 slides upward, it is moved not only by the protruding portions 152 provided on both side surfaces of the guide portion 140, but also by the inner side surfaces of the gripping claws 148 and 150. Both sides of the tip 106 of the cable 104 can also be guided.
  • the lower portions 158, 160 of the gripping claws 148, 150 are positioned below the rake surface 144 of the guide portion 140 and protrude below the lower surface 162 of the holding portion 142 (see FIG. 4). 5).
  • the gripping device 126 is further advanced toward the circuit board 108 to fold the cable 104 (see FIG. 7), and both sides of the folded cable 104 are folded back. The faces are clamped by the lower portions 158,160 of the gripping claws 148,150.
  • the lower portions 158 and 160 of the gripping claws 148 and 150 have convex shapes protruding inward so as to approach each other as shown in FIG. prevents it from falling downwards.
  • the shape of the lower portions 158, 160 of the gripping claws 148, 150 is not limited to this, and may be a concave shape that is recessed so as to receive the clamped cable 104 from below.
  • the guide portion 140 has a suction hole 164 as a suction portion shown in FIG. 4(a).
  • the suction hole 164 is formed in the lower surface 166 of the guide portion 140, that is, the contact surface with the cable 104 which is raised from the lying position and then folded back.
  • the suction hole 164 communicates with a vacuum pressure generating source such as an ejector, and generates a vacuum by sending compressed air to the ejector by operating an electromagnetic valve (not shown). After the cable 104 is folded back, the suction hole 164 is vacuum-sucked while the cable 104 is in contact with one side of the cable 104 , whereby the cable 104 is suction-held by the suction hole 164 .
  • a solenoid valve that controls the suction hole 164 is installed in any element within the robot system 102 and operates upon receiving a drive signal from the robot controller 114 .
  • the suction holes 164 are provided between the lower portions 158, 160 of the gripping claws 148, 150 as shown in FIG. 4(a). Therefore, since the suction holes 164 further suction-hold the cable 104 sandwiched between the lower portions 158 and 160 of the gripping claws 148 and 150, the cable 104 can be reliably held.
  • the camera 130 and the illumination device 132 of the visual device 128 are attached to the tip 129 (see FIG. 1) of the robot arm 124, but this is not the only option. It may be arranged at a position different from that of the main body 113 . At least one or more cameras 130 are required, but two or more cameras are preferable because the imaging accuracy is further improved. Additionally, camera 130 may capture color or monochrome images.
  • the camera 130 When the camera 130 is monocular, it is possible to estimate three-dimensional imaging information using a known SLAM (simultaneous Localization and Mapping) technique. However, in this case, it is necessary to take an image while moving the camera 130 . In principle, the camera 130 can only obtain the relative value of the distance, but if the position information of the camera 130 can be obtained from the robot control device 114, it is possible to obtain the position information in the robot coordinate system.
  • SLAM Simultaneous Localization and Mapping
  • position information can be obtained from parallax information by known stereo matching.
  • the camera 130 has multiple eyes, the principle is the same as that of a stereo camera, and parallax images can be obtained from various directions, so occlusion is less likely to occur.
  • the camera 130 is a TOF (Time of Flight) camera
  • the position information can be obtained from the time from when the subject is irradiated with light to when the light is reflected and received by the subject.
  • a known pattern projection striped pattern or random dot pattern
  • the illumination device 132 is arranged around the lens of the camera 130 that captures an image, and illuminates the cable 104 gripped by the gripping device 126, the connector 110 of the circuit board 108 to which it is connected, etc., but is not limited thereto.
  • the robot control device 114 includes a CPU 167, an input/output unit 168 for inputting and outputting signals, and a memory 174 having a RAM 170 and a ROM 172, as shown in FIG. These CPU 167, input/output unit 168 and memory 174 are connected via a bus 176 so as to be able to transmit signals to each other.
  • the CPU 167 functions as an arithmetic processing unit, and accesses the memory 174 to read and execute various programs stored in the RAM 170 or ROM 172, as well as an external storage device or the like.
  • the RAM 170 or ROM 172 is a computer-readable recording medium recording a program for controlling the robot main body 113, that is, executing the electronic device assembly method.
  • the ROM 172 stores programs used by the CPU 167, device constants, and the like.
  • the RAM 170 temporarily stores programs used by the CPU 167 and variables that change sequentially during execution of the programs. In this manner, the robot control device 114 can control the robot main body 113 and the gripping device 126 by executing various programs to cause the robot main body 113 and the gripping device 126 to perform various functions.
  • the input/output unit 168 of the robot control device 114 includes a communication device, a D/A converter, a motor drive circuit, an A/D converter, and the like. connects various sensors such as the encoder 138 and the robot controller 114 .
  • Specific communication methods in communication devices include, for example, serial communication standards such as RS232C/485, data communication compatible with USB standards, general network protocol EtherNET (registered trademark), industrial EtherCAT (registered trademark) or EtherNet/IP (registered trademark) used as a network protocol may be used.
  • the robot control device 114 may be configured to be connected to a storage device as a data storage device or a drive device as a recording medium reader/writer via an input/output unit 168 . Further, the robot control device 114 is not limited to a control device incorporating dedicated hardware, and may be, for example, a general-purpose personal computer capable of executing various functions by installing various programs.
  • the robot control device 114 controls all of the robot arm 124, the grasping device 126, and the vision device 128, it is not limited to this.
  • the robot controller 114 may be configured as a collection of controllers that individually control the robot arm 124, gripper 126, and vision device 128, with the controllers wired or wirelessly connected to each other. You may Furthermore, in the electronic equipment assembly apparatus 100 , the robot control device 114 is provided outside the robot main body 113 , but it is not limited to this and may be provided inside the robot main body 113 .
  • the input device 118 includes a keyboard, a mouse, a touch panel, buttons, switches, levers, pedals, remote control means using infrared rays or other radio waves, or operation means operated by a user such as a personal computer equipped with these, a teaching pendant, or the like. Prepare. Further, input and setting by the user who performs the connection work are performed using the input device 118 . Note that the input device 118 may create a program that causes the robot body 113 to execute various functions. The program may be written in a low-level language such as machine language or a high-level language such as robot language.
  • the state notification device 120 receives and displays information on the operating state of the robot main body 113 and the state in which the tip 106 of the cable 104 is inserted into the connector 110 of the circuit board 108 to which it is connected from the robot control device 114, and displays these information. allows the user to visually and intuitively recognize the information of
  • the status notification device 120 may be a display device such as a liquid crystal panel, a teaching pendant, or a lighting lamp, or may be a notification device that notifies information by warning sound or voice. As an example, the status notification device 120 can be set to issue a warning if the connection operation of inserting the tip 106 of the cable 104 into the connector 110 fails.
  • a screen of a personal computer or a teaching pendant may also serve as the status notification device 120 .
  • the status notification device 120 may include an application for input and status notification.
  • the host control system 116 is composed of, for example, a sequencer (PLC), a supervisory control system (SCADA), a process computer (process computer), a personal computer, various servers, or a combination thereof, and is connected to the robot controller 114 by wire or wirelessly. .
  • the host control system 116 outputs instructions based on the operation status of each device constituting the production line, including the robot control device 114, and manages the production line in an integrated manner.
  • the host control system 116 receives and collects the time until the connection work is completed, the state after the connection work is completed, etc. from the robot control device 114, thereby monitoring the defect rate and cycle time, product inspection can also be used for Furthermore, the host control system 116 acquires from the robot control device 114 information such as the gripping state of the cable 104 by the gripping device 126 of the robot body 113, thereby returning the robot arm 124 to the home position or stopping each device. You may perform operation
  • FIG. 6 is a block diagram showing functions of the electronic equipment assembly apparatus 100 of FIG.
  • functional blocks of the robot main body 113 of the electronic equipment assembly apparatus 100 and functional blocks of the CPU 167 of the robot control device 114 are shown.
  • FIG. 7 is a diagram showing how the cable 104 is connected by the gripping device 126 of FIG.
  • the electronic equipment assembly apparatus 100 After the circuit board 108 is placed on the table 178 shown in FIG. Recognize location and type. As long as a video signal can be generated, the image of the cable 104 may be captured not only by the visual device 128 but also by a fixed camera installed at a position where the work area can be overlooked.
  • the drive control unit 182 outputs a drive signal to the robot arm 124 based on the recognition result of the image recognition unit 180 to operate the robot arm 124, thereby moving the gripping device 126 as shown in FIG.
  • the tip 106 of the cable 104 faces the cable 104 along the longitudinal direction of the cable 104 lying down.
  • the drive control section 182 advances the gripping device 126 toward the circuit board 108 to bring the scoop surface 144 of the guide section 140 into contact with the tip 106 of the cable 104 (see FIG. 7(b)). Subsequently, by advancing the gripping device 126 further toward the circuit board 108 in a substantially horizontal direction (see FIG. 7(c)), the tip 106 of the cable 104 is guided by the guide portion 140 and slides upward to stand up. (see FIG. 7(d)). At this time, by pushing the tip 106 of the cable 104 toward the circuit board 108 by the guide portion 140 , the cable 104 is deformed so as to be rounded along the scoop surface 144 .
  • the robot arm 124 When the scoop surface 144 of the guide portion 140 is brought into contact with the tip 106 of the cable 104, the robot arm 124 is operated to move the grasping device 126 substantially horizontally. As long as contact is possible at an angle at which force is applied, that is, the pressure angle ⁇ (see FIG. 5), the direction of operation can be selected as appropriate.
  • FIG. 7F shows a state in which the vicinity of the tip 106 of the folded cable 104 is held by the lower portion 158 of the grip claw 148 . After that, the cable 104 contacts the lower surface 166 of the guide portion 140 shown in FIG. 4(a), is sucked and held by the suction holes 164 formed in the lower surface 166, and is held securely.
  • the drive control unit 182 further moves the gripping device 126 gripping the cable 104 to the vicinity of the connector 110 of the circuit board 108, as shown in FIG. 7(f).
  • the electronic device assembling apparatus 100 if the approximate position of the tip 106 of the cable 104 is recognized, the posture of the cable 104 can be corrected by the guide section 140 while moving the gripping device 126. Therefore, high-speed operation can be performed. is possible.
  • the connector 110 and the tip 106 of the cable 104 are aligned.
  • this alignment is subject to positional errors associated with gripping operation of the cable 104 by the gripping device 126, installation errors of the circuit board 108 placed on the table 178 (see FIG. 7), and misalignment of the connector 110 onto the circuit board 108. Variation occurs in the relative positions of the two, such as mounting position errors.
  • the correction data generation unit 186 of the CPU 167 generates position correction data based on the data recognized by the image recognition unit 180, thereby absorbing variations in the relative positions of the two.
  • the drive control unit 182 can correct the positional error and the attitude error by moving the gripping device 126 based on the positional correction data.
  • the drive control unit 182 extracts the feature points of the cable 104 and the connector 110, calculates the position correction amount so that the feature points have an appropriate positional relationship, and moves the gripping device 126 and the cable 104. .
  • the drive control unit 182 moves the gripping device 126 to insert the tip 106 of the cable 104 into the connector 110 . It should be noted that the positional correction can be omitted as appropriate depending on conditions such as positional accuracy of the cable 104 and the connector 110 .
  • the connector 110 and the cable 104 inserted into the connector 110 are imaged by the visual device 128, and the insertion determination unit 188 of the CPU 167 compares the image with the image when the insertion is successful. As a result of this comparison, if it is determined that the insertion is successful, that is, the connection work is completed, the processing is completed. On the other hand, when the insertion determination unit 188 determines that the insertion has failed, the insertion determination unit 188 may notify the host control system 116 of the occurrence of an abnormality through the status notification device 120 shown in FIG. You may be notified of the occurrence. Alternatively, measures such as retrying the connection work may be performed. Furthermore, the automatic determination by the robot system 102 may be omitted, and the circuit board 108 after completion of insertion may be inspected in a separate process.
  • the robot system 102 to which the electronic equipment assembling apparatus 100 is applied it is possible to raise the cable 104 in the lying posture with a simple configuration of moving the gripping device 126, and further fold the raised cable 104.
  • the connection work can be quickly completed and work efficiency can be improved.
  • the present invention can be used as an electronic device assembling apparatus and an electronic device assembling method for holding a cable connected to a circuit board or the like of an electronic device.

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Abstract

電子機器組立装置（１００）は、平坦かつ柔軟性を有するとともに先端（１０６）が略水平方向に寝た状態のケーブル（１０４）を把持する把持装置（１２６）と、ケーブル（１０４）の根元（１１２）が電気的に接続された回路基板（１０８）に対して把持装置（１２６）を相対的に移動させるロボットアーム（１２４）と、把持装置（１２６）とロボットアーム（１２４）とを動作制御するロボット制御装置（１１４）とを備え、把持装置（１２６）は、すくい面（１４４）を有するガイド部（１４０）と、ガイド部（１４０）により案内されたケーブル（１０４）を保持する保持部（１４２）とを有し、ロボット制御装置（１１４）は、把持装置（１２６）を移動させて、寝た姿勢のケーブル（１０４）の長手方向に沿った状態でケーブル（１０４）の先端（１０６）に正対させ、ガイド部（１４０）のすくい面をケーブル（１０４）の先端（１０６）に接触させて、回路基板（１０８）に向かって進行させることでケーブル（１０４）を起立させる。

Description

電子機器組立装置および電子機器組立方法
　本発明は、電子機器の回路基板などに電気的に接続されたケーブルを把持する電子機器組立装置および電子機器組立方法に関する。
　電子機器組立装置は、例えば工場などの生産現場で用いられる装置であり、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）などの平坦かつ柔軟性（可撓性）のあるケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタ（基板側コネクタ）などに電気的に接続する接続作業を行う。この電子機器組立装置は、カメラなどの視覚装置と、ロボットアームと、視覚装置やロボットアームを制御する制御装置とを備える。
　ケーブルは、可撓性を有し長尺状の柔軟物であるため、曲げたり押したりすると不測の変形をする。このため、ケーブルの特に先端の位置や姿勢には、ばらつきがある。このようなばらつきのあるケーブルの先端を、電子機器組立装置の視覚装置によって認識したり、ロボットアームによって把持したり基板側コネクタに挿入したりすることは困難である。このため、手作業により接続作業が行われる場合があった。しかし、ケーブルの先端と基板側コネクタとの正確な位置合わせを手作業で行うと、作業効率が悪いという問題があった。
　このため電子機器組立装置では、ケーブルの先端を基板側コネクタに接続する接続作業を行う場合、ケーブルの先端を正確に把持することが求められていて、いくつかの技術が提案されている。
　特許文献１には、ロボットの運動制御装置が記載されている。この装置では、視覚センサを用いて把持目標位置とロボットハンドとの誤差を計測し、誤差に相当する移動量でロボットハンドを移動させて、ロボットハンドの位置を補正している。特許文献１では、ロボットハンドが把持目標位置に到達するまで、補正動作と視覚センサを用いた誤差の計測とを繰り返すことで精度を向上させる、と記載されている。
　特許文献２には、コネクタ把持装置が記載されている。このコネクタ把持装置では、第１ロボットの第１ハンドの把持部によりコネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、第１ハンドの把持部をケーブルに接触させた状態のままでケーブルに対してコネクタに接近する方向に移動させ、コネクタの位置を一定の空間範囲内に拘束する。そしてコネクタ把持装置では、一定の空間範囲内に拘束されたコネクタの位置姿勢を第１視覚センサにより検出し、検出された位置姿勢に基づいて、第２ロボットの第２ハンドにより、コネクタを把持している。
　特許文献３には、第１端部と第２端部とを有するケーブルの第１端部が電子回路に接続された状態で、ケーブルの第２端部を回路基板のコネクタに装着する電子機器組立方法が記載されている。この電子機器組立方法では、まず、ケーブル保持ツールでケーブルの一部を保持したまま、ケーブル保持ツールをケーブルに対して幅方向の位置を規制しながら相対的にスライドさせる。つぎに、ケーブル保持ツールを第２端部へ接近させ、ケーブル保持ツールをコネクタに対して相対的に移動させて第２端部をコネクタに装着する。
　つまり特許文献２、３の技術では、ロボットハンドあるいはケーブル保持ツールによってケーブルの先端に比べて位置および姿勢のばらつきが小さいケーブルの途中部位を、ケーブルの長手方向にスライド可能に保持し、その状態からロボットハンドあるいはケーブル保持ツールを最終的な把持目標であるケーブルの先端へ移動させている。このようにして、ケーブルの途中部位よりも位置や姿勢のばらつきがあるケーブルの先端を把持あるいは保持している。
特開２００７－１１９７８号公報 特許第３８７６２３４号公報 特許第６５００２４７号公報
　ここで、生産現場では、生産性を高める観点から接続作業は短時間で完了することが好ましい。このため、接続作業では、短時間でケーブルの先端の位置を検出して把持することが要求される。
　これに対して特許文献１の技術では、ロボットハンドが把持目標位置に到達するまで、補正動作と視覚センサを用いた誤差の計測とを繰り返している。しかも、このロボットハンドでケーブルを把持しようとしても、ケーブルには曲げやねじれなどの可撓変形や伸縮変形が生じ、把持目標位置が変位する場合があり得る。したがって特許文献１の技術では、変位する把持目標位置にロボットハンドの位置を収束させるまで時間がかかるおそれがある。
　特許文献２の技術では、第１ロボットの第１ハンドの把持部によりコネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、第１視覚センサにより検出されたケーブルのコネクタの位置姿勢に基づいて、第２ロボットの第２ハンドによりコネクタを把持する。このため、特許文献２の技術では、第１ロボットと第２ロボットの２つのロボットが必要となり、コストがかかってしまう。
　特許文献３の技術は、起立しているケーブルを保持対象としている。ところが、生産現場での実際の製造工程では、ケーブルを基板に接続（半田付け）した段階では寝た姿勢（基板が略水平だとすればケーブルも略水平な状態）である。このため、特許文献３の技術を実際の接続作業に適用するためには、寝た姿勢のケーブルを予め起立させる追加の工程が必要となってしまう。
　本発明は、このような課題に鑑み、簡素な構成で寝た姿勢のケーブルを起立させて接続作業を迅速に行うことができる電子機器組立装置および電子機器組立方法を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明にかかる電子機器組立装置の代表的な構成は、平坦かつ柔軟性を有するとともに先端が略水平方向に寝た状態のケーブルを把持する把持装置と、ケーブルの根元が電気的に接続された回路基板に対して把持装置を相対的に移動させるロボットアームと、把持装置とロボットアームとを動作制御するロボット制御装置と、を備え、把持装置は、すくい面を有するガイド部と、ガイド部により案内されたケーブルを保持する保持部とを有し、ロボット制御装置は、把持装置を移動させて、寝た姿勢のケーブルの長手方向に沿った状態でケーブルの先端に正対させ、ガイド部のすくい面をケーブルの先端に接触させて、さらに回路基板に向かって進行させることによってケーブルを起立させることを特徴とする。
　上記構成では、ケーブルの根元が回路基板に電気的に接続されていて、先端が略水平方向に寝た姿勢になっている場合であっても、把持装置を、寝た姿勢のケーブルの先端に正対させるように移動させ、ガイド部のすくい面をケーブルの先端に接触させて、さらに回路基板に向かって進行させることによりケーブルを起立させている。そして起立したケーブルは、ガイド部によって案内されさらに保持部によって保持される。
　したがって上記構成によれば、把持装置を移動させるという簡素な構成で、寝た姿勢のケーブルをガイド部のすくい面によって起立させることができるため、接続作業を迅速に行うことができる。
　上記の保持部は、アクチュエータにより動作する把持爪を有し、把持爪は、ケーブルを長手方向に交差する方向で挟持して保持するとよい。
　これにより、ガイド部のすくい面によって起立したケーブルは、保持部の把持爪によってケーブルの長手方向に交差する方向(例えば幅方向)で挟持される。このため、起立したケーブルを確実に保持することができる。
　上記の把持装置は、その下面に設けられるとともにケーブルを吸引して保持する吸引部をさらに有するとよい。
　これにより、把持装置のガイド部のすくい面によって起立したケーブルがさらに折り返されるなどして、把持装置の下面に接触した場合に、ケーブルを吸引部によって吸引して確実に保持することができる。
　上記のロボット制御装置は、把持装置を略水平移動させて、起立させたケーブルを折り返して、ケーブルの先端を保持部により保持させて、さらに接続先の回路基板のコネクタに挿入するとよい。
　これにより、把持装置を略水平移動させるという簡素な構成で、起立させたケーブルを折り返してケーブルの先端を接続先の回路基板のコネクタに挿入し、接続作業を完了することができる。
　上記課題を解決するために、本発明にかかる電子機器組立方法の代表的な構成は、平坦かつ柔軟性があり、根元が回路基板に接続されていて、先端が略水平方向に寝た状態のケーブルの先端を、接続先の回路基板のコネクタに挿入する電子機器組立方法であって、すくい面を有するガイド部とガイド部により案内されたケーブルを保持する保持部とを有する把持装置を移動させ、寝た姿勢のケーブルの先端に把持装置を正対させ、ガイド部のすくい面をケーブルの先端に接触させて、回路基板に向かって把持装置を進行させることによってケーブルを起立させ、把持装置を略水平移動させて、起立させたケーブルを折り返して、ケーブルの先端を保持部により保持させて、さらに接続先の回路基板のコネクタに挿入することを特徴とする。
　上記構成では、把持装置を、寝た姿勢のケーブルの先端に正対させるように移動させ、ガイド部のすくい面をケーブルの先端に接触させて、さらに回路基板に向かって進行させることによりケーブルを起立させている。このため、把持装置を移動させるという簡素な構成で、寝た姿勢のケーブルをガイド部のすくい面によって起立させることができる。さらに上記構成では、把持装置を略水平移動させるという簡素な構成で、起立させたケーブルを折り返してケーブルの先端を接続先の回路基板のコネクタに挿入することにより、接続作業を迅速に完了することができる。
　本発明によれば、簡素な構成で寝た姿勢のケーブルを起立させて接続作業を迅速に行うことができる電子機器組立装置および電子機器組立方法を提供することができる。
本発明の実施形態における電子機器組立装置が適用されるロボットシステムの全体構成図である。 図１の電子機器組立装置の一部を示す図である。 図１のロボットシステムの機能を示すブロック図である。 図２の電子機器組立装置の把持装置を示す図である。 図４の把持装置によってケーブルの先端を起立させるための条件を説明する図である。 図３の電子機器組立装置の機能を示すブロック図である。 図４の把持装置によってケーブルの接続作業を行う様子を示す図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、本発明の実施形態における電子機器組立装置１００が適用されるロボットシステム１０２の全体構成図である。図２は、図１の電子機器組立装置１００の一部を示す図である。電子機器組立装置１００は、例えば工場などの生産現場で用いられる装置であり、図２に示すケーブル１０４の先端１０６を、接続先となる回路基板１０８のコネクタ１１０に電気的に接続（挿入）する接続作業を自動的に行う。
　ケーブル１０４としては、ＦＰＣやＦＦＣなどの平坦かつ柔軟性がある長尺状のものであり、非常に撓みやすくその一部を円弧状に曲げられるように構成され、さらに根元１１２が回路基板１０８に電気的に接続され、先端１０６が寝た状態になっているものが対象となる。なお寝た状態とは、生産現場での実際の製造工程において、ケーブル１０４の根元１１２を回路基板１０８に電気的に接続（半田付け）した段階で、回路基板１０８が略水平だとすればケーブル１０４も略水平な状態となるような姿勢をいう。
　電子機器組立装置１００は、図１に示すロボット本体１１３と、ロボット本体１１３に接続されたロボット制御装置１１４とを備える。ロボットシステム１０２は、電子機器組立装置１００に加え、ロボット制御装置１１４に接続された上位制御システム１１６と、入力装置１１８と、状態通知装置１２０とを備える。入力装置１１８は、ロボット制御装置１１４にコマンドやパラメータなどを入力する装置である。状態通知装置１２０は、ロボット制御装置１１４から送信されるロボット本体１１３の動作状態や接続作業の状態を受信し表示する装置である。
　ロボット本体１１３は、図１に示すベース部１２２と、ベース部１２２に接続されたロボットアーム１２４と、把持装置１２６と、視覚装置１２８とを備える。把持装置１２６は、図２に示すようにロボットアーム１２４の先端１２９に取り付けられ、ケーブル１０４を把持する装置である。
　また図２に示すように、視覚装置１２８は、ケーブル１０４などを撮像する撮像装置であって、ロボットアーム１２４の先端１２９に向かって下向き姿勢で取り付けられていて、視覚センサであるカメラ１３０と、回路基板１０８やケーブル１０４を照明する照明装置１３２とを有する。
　図３は、図１のロボットシステム１０２の機能を示すブロック図である。ロボットアーム１２４は、６軸垂直多関節型であり、その各関節に設けられたアクチュエータである電動モータ１３６と、各関節の位置を検出するエンコーダ１３８とを有する。エンコーダ１３８は、各関節の位置検出結果を示す位置信号をロボット制御装置１１４に出力する。ロボット制御装置１１４は、エンコーダ１３８からの位置信号に基づいて電動モータ１３６を駆動する駆動信号を生成する。そして電動モータ１３６は、ロボット制御装置１１４から出力される駆動信号によって駆動され、接続作業の際、ロボットアーム１２４の目標とする動作を実現する。
　このようにしてロボットアーム１２４は、その先端１２９に取り付けられた図２に示す把持装置１２６を所定の位置に移動させることができる。なおロボットアーム１２４は、６軸垂直多関節型としたがこれに限定されず、６軸以外の垂直多関節型ロボットや水平多関節型ロボットなどであってもよい。
　図４は、図２の電子機器組立装置１００の把持装置１２６を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、把持装置１２６を斜め下方、斜め上方から見た状態をそれぞれ示している。図５は、図４の把持装置１２６によってケーブル１０４の先端１０６を起立させるための条件を説明する図である。
　把持装置１２６は、ガイド部１４０と保持部１４２とを有する。ガイド部１４０は、すくい面１４４および返し面１４５を有する。保持部１４２は、アクチュエータ１４６と、一対の把持爪１４８、１５０とを有する。把持爪１４８、１５０は、アクチュエータ１４６の駆動に伴って互いに接近または離間するように開閉動作することにより、ケーブル１０４の両側面を長手方向に交差する方向(例えば幅方向)で挟持して保持したり、あるいはケーブル１０４を開放したりする。
　ガイド部１４０のすくい面１４４は、図５に示すように寝た姿勢のケーブル１０４の先端１０６と接触している状態において、圧力角αと摩擦角ρの関係からケーブル１０４の先端１０６に上方の力がかかるような角度θに設定されている。
　具体的には、寝た姿勢のケーブル１０４の先端１０６とすくい面１４４が接触することで、ケーブル１０４の先端１０６がすくい面１４４から力Ｆを受けたとき、力Ｆは、すくい面１４４の垂直抗力Ｎと、すくい面１４４の面方向に沿った摩擦力μＮとに分解することができる。なおμは摩擦係数である。
　また圧力角αは、図５に示すようにケーブル１０４の長手方向と垂直抗力Ｎとがなす角度である。さらに摩擦角ρは、力Ｆと垂直抗力Ｎとがなす角度である。このため、摩擦角ρと摩擦係数μの間には、以下の式（１）が成り立つ。
　　　ｔａｎρ＝μＮ／Ｎ＝μ　　　…式（１）
　さらに上記式（１）の逆関数は、以下の式（２）で示される。
　　　ρ＝ｔａｎ－１μ　　　…式（２）
　そして圧力角αと摩擦角ρの関係が、以下の式（３）を満たすと、力Ｆに上向き成分が発生し、ケーブル１０４の先端１０６に上方の力がかかる。
　　　α－ρ＞０　　　…式（３）
　さらに式（２）において算出した摩擦角ρを、式（３）に代入して左辺を圧力角αとすると、以下の式（４）が得られる。
　　　α＞ｔａｎ－１μ　　　…式（４）
　また、すくい面１４４の角度θと圧力角αとは、以下の式（５）が成り立つ。
　　　α＋θ＝π／２　　　…式（５）
　上記式（４）（５）により、すくい面１４４の角度θは、以下の式（６）が成り立つように設定されている。
　　　θ＜π／２－ｔａｎ－１μ　　　…式（６）
　図４に示すように、ガイド部１４０の両側面には、突出部１５２が設けられている。突出部１５２は、導入部１５４と平行部１５６とを有する。導入部１５４は、すくい面１４４の両側面に位置し下方に向かうほど突出するよう傾斜している。平行部１５６は、導入部１５４に連続しケーブル１０６の長手方向に平行に延びている。
　寝た姿勢のケーブル１０４の先端１０６は、ガイド部１４０のすくい面１４４に接触して力Ｆ（図５参照）の上向き成分の力を受けると上方に撓み、さらに突出部１５２の導入部１５４によってさらに上方に導入され、平行部１５６によって先端１０６の側面がガイドされる。
　また、ガイド部１４０の両側面に設けられた平行部１５６同士の間隔は、ケーブル１０４の先端１０６の側面を平行部１５６がガイドした状態で、ケーブル１０４の側面との間にクリアランスを確保して、ケーブル１０４がスライドできるように設定されている。このように、ケーブル１０４の先端１０６は、ガイド部１４０の突出部１５２によって長手方向にスライド可能とされ、幅方向の移動は規制される。
　電子機器組立装置１００では、ロボット制御装置１１４によってロボット本体１１３（図１参照）を制御し、把持装置１２６を移動させて、ガイド部１４０のすくい面１４４をケーブル１０４の先端１０６に接触させることができる（図５参照）。さらに電子機器組立装置１００は、ガイド部１４０のすくい面１４４とケーブル１０４の先端１０６とが接触した状態において、把持装置１２６を回路基板１０８に向かってさらに進行させると、ケーブル１０４の先端１０６が上方に撓むことによって、スライドしながら上方に移動するため、ケーブル１０４を起立させることができる（後述）。
　また電子機器組立装置１００では、ケーブル１０４の先端１０６がスライドしながら上方に移動するとき、ガイド部１４０の両側面に設けられた突出部１５２だけに限らず、把持爪１４８、１５０の内側側面でケーブル１０４の先端１０６の両側面をガイドすることもできる。
　さらに図４に示すように、把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０は、ガイド部１４０のすくい面１４４よりも下方に位置し、さらに保持部１４２の下面１６２よりも下方に突出している（図５参照）。電子機器組立装置１００では、寝た姿勢のケーブル１０４を起立させた後、把持装置１２６を回路基板１０８に向かってさらに進行させることでケーブル１０４を折り返し（図７参照）、折り返したケーブル１０４の両側面を、把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０によって挟持する。
　このため、把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０は、図４に示すように互いに接近するように内側に突出した凸形状を有し、これにより、折り返したケーブル１０４を挟持した後、ケーブル１０４が下方に脱落することを防止している。ただし把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０の形状は、これに限らず、挟持したケーブル１０４を下方から受け止めるように窪んだ凹形状であってもよい。
　さらにガイド部１４０は、図４（ａ）に示す吸引部としての吸着孔１６４を有する。吸着孔１６４は、ガイド部１４０の下面１６６すなわち寝た姿勢から起立しさらに折り返されたケーブル１０４との接触面に形成されている。
　吸着孔１６４は、例えばエジェクタなどの真空圧発生源と連通していて、不図示の電磁弁の動作によりエジェクタに圧縮空気を送り込むことで真空を発生させる。そして、ケーブル１０４を折り返した後にケーブル１０４の片面に接触した状態で吸着孔１６４を真空吸引することにより、ケーブル１０４は吸着孔１６４によって吸着保持される。また吸着孔１６４を制御する電磁弁は、ロボットシステム１０２内のいずれかの要素内に設置され、ロボット制御装置１１４からの駆動信号を受けて動作する。
　また吸着孔１６４は、図４（ａ）に示すように把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０の間に設けられている。このため、吸着孔１６４は、把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０で挟持されたケーブル１０４をさらに吸着保持するため、ケーブル１０４を確実に保持することができる。
　ここで図３に示す各要素について詳述する。まず、視覚装置１２８のカメラ１３０および照明装置１３２は、ロボットアーム１２４の先端１２９（図１参照）に取り付けられているが、これに限らず、接続作業の作業領域を俯瞰可能であれば、ロボット本体１１３とは別の位置に配置されていてもよい。またカメラ１３０は少なくとも１台以上必要だが、２台以上であるとさらに撮像精度が向上するため好ましい。さらにカメラ１３０は、カラー画像またはモノクロ画像を取得するものであってもよい。
　カメラ１３０が単眼の場合、公知のＳＬＡＭ（simultaneous Localization and Mapping）技術を用いて３次元撮像情報を推定することができる。ただしこの場合には、カメラ１３０を動かしながら撮像する必要がある。なおカメラ１３０は、原理的に距離の相対値しか得られないが、カメラ１３０の位置情報をロボット制御装置１１４から取得できればロボット座標系における位置情報を取得することが可能である。
　カメラ１３０がステレオカメラの場合、公知のステレオマッチングによる視差情報から位置情報を取得することができる。カメラ１３０が多眼の場合、ステレオカメラと原理は同じであり、色々な方向からの視差画像が得られるため、オクルージョンが生じにくい。またカメラ１３０がＴＯＦ（Time of Flight）カメラの場合、光を被写体に照射し、その光が被写体に反射して受信するまでの時間から位置情報を取得することができる。さらにカメラ１３０が照射光を利用する場合、公知のパターン投影（縞模様やランダムドットパターン）を行い、位置情報を取得することができる。
　照明装置１３２は、一例として画像を撮像するカメラ１３０のレンズ周辺に配置され、把持装置１２６で把持するケーブル１０４や、接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０などを照明するが、これに限られず、距離計測を行う場合はパターン光を照射することもできる。
　ロボット制御装置１１４は、図３に示すようにＣＰＵ１６７と、信号の入出力を行う入出力部１６８と、ＲＡＭ１７０およびＲＯＭ１７２を有するメモリ１７４とを備える。これらＣＰＵ１６７、入出力部１６８およびメモリ１７４は、バス１７６を介して相互に信号を伝達可能に接続されている。
　ＣＰＵ１６７は、演算処理装置として機能し、メモリ１７４にアクセスしてＲＡＭ１７０またはＲＯＭ１７２、さらに外部記憶装置等に格納された各種プログラムを読み出して実行する。ＲＡＭ１７０またはＲＯＭ１７２は、ロボット本体１１３の制御すなわち電子機器組立方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。ＲＯＭ１７２は、ＣＰＵ１６７が使用するプログラムや装置定数等を記憶する。ＲＡＭ１７０は、ＣＰＵ１６７が使用するプログラムやプログラム実行中に逐次変化する変数等を一次記憶する。このようにロボット制御装置１１４は、各種プログラムを実行することによって、ロボット本体１１３および把持装置１２６を制御し、各種機能をロボット本体１１３および把持装置１２６に実行させることができる。
　ロボット制御装置１１４の入出力部１６８は、通信装置、Ｄ／Ａ変換器、モータ駆動回路、Ａ／Ｄ変換器などを備えていて、インターフェイスを介して外部機器、電動モータ１３６およびアクチュエータ１４６、さらにはエンコーダ１３８などの各種センサとロボット制御装置１１４とを接続する。通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるＥｔｈｅｒＮＥＴ（登録商標）や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等であったりしてもよい。
　ロボット制御装置１１４は、入出力部１６８を介してデータ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。またロボット制御装置１１４は、専用のハードウェアを組み込んだ制御装置に限らず、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
　なおロボット制御装置１１４は、ロボットアーム１２４、把持装置１２６および視覚装置１２８をすべて制御しているが、これに限定されない。一例としてロボット制御装置１１４は、ロボットアーム１２４、把持装置１２６および視覚装置１２８をそれぞれ個別に制御する複数の制御装置の集合体として構成してもよく、複数の制御装置を互いに有線または無線で接続してもよい。さらに電子機器組立装置１００では、ロボット制御装置１１４をロボット本体１１３の外部に設けているが、これに限らず、ロボット本体１１３の内部に設けてもよい。
　入力装置１１８は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダントなどのユーザが操作する操作手段を備える。また、接続作業を行うユーザによる入力や設定が入力装置１１８を用いて行われる。なおロボット本体１１３に各種の機能を実行させるプログラムを入力装置１１８で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。
　状態通知装置１２０は、ロボット制御装置１１４からロボット本体１１３の動作状態や、ケーブル１０４の先端１０６を、接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０に挿入した状態の情報を受信し表示することにより、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。また状態通知装置１２０は、液晶パネルやティーチングペンダント、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声などによって情報を通知する通知装置であってもよい。一例として、状態通知装置１２０は、ケーブル１０４の先端１０６をコネクタ１１０に挿入する接続作業が失敗した場合、警告を発するように設定することができる。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダントの画面などが状態通知装置１２０を兼ねていてもよい。さらに状態通知装置１２０は、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。
　上位制御システム１１６は、例えばシーケンサ（ＰＬＣ）や監視制御システム（ＳＣＡＤＡ）、プロセスコンピュータ（プロコン）、パーソナルコンピュータ、各種サーバもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置１１４と有線または無線で接続されている。そして上位制御システム１１６は、ロボット制御装置１１４を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。
　また、上位制御システム１１６は、接続作業が完了するまでの時間や、接続作業の完了後の状態などをロボット制御装置１１４から受信して収集することにより、不良率やサイクルタイムの監視、製品検査に用いることもできる。さらに上位制御システム１１６は、ロボット本体１１３の把持装置１２６によるケーブル１０４の把持状態の情報などをロボット制御装置１１４から取得することにより、ロボットアーム１２４をホームポジションに戻したり各装置を停止させたりするなどの動作を行わせてもよい。
　つぎに、電子機器組立装置１００の動作を説明する。図６は、図３の電子機器組立装置１００の機能を示すブロック図である。図中では、電子機器組立装置１００のロボット本体１１３の機能ブロックと、ロボット制御装置１１４のＣＰＵ１６７の機能ブロックとを示している。図７は、図４の把持装置１２６によってケーブル１０４の接続作業を行う様子を示す図である。
　まず電子機器組立装置１００では、図７に示すテーブル１７８に回路基板１０８が載置された後、ＣＰＵ１６７の画像認識部１８０がロボット本体１１３の視覚装置１２８から取得した映像信号に基づいてケーブル１０４の位置や種類を認識する。なお映像信号を生成できるのであれば、視覚装置１２８に限らず、作業領域を俯瞰可能な位置に設置した固定カメラでケーブル１０４を撮像してもよい。
　つぎに、駆動制御部１８２は、画像認識部１８０の認識結果に基づいてロボットアーム１２４に駆動信号を出力して動作させることにより、把持装置１２６を移動させて、図７（ａ）に示すように寝た姿勢のケーブル１０４の長手方向に沿った状態でケーブル１０４の先端１０６に正対させる。
　そして駆動制御部１８２は、回路基板１０８に向かって把持装置１２６を進行させて、ガイド部１４０のすくい面１４４をケーブル１０４の先端１０６に接触させる（図７（ｂ）参照）。続いて、回路基板１０８に向かって把持装置１２６をさらに略水平方向に進行させることによって（図７（ｃ）参照）、ケーブル１０４の先端１０６がガイド部１４０に案内されて上方にスライドして起立する（図７（ｄ）参照）。またこのとき、ケーブル１０４の先端１０６をガイド部１４０によって回路基板１０８に向かって押すことで、すくい面１４４に沿わせてケーブル１０４を丸めるように変形させている。
　なおガイド部１４０のすくい面１４４をケーブル１０４の先端１０６に接触させたとき、ロボットアーム１２４を動作させて把持装置１２６が略水平に移動するようにしているが、ケーブル１０４の先端１０６に上方の力がかかるような角度すなわち圧力角α（図５参照）で接触可能であれば、動作方向は適宜選択することができる。
　図７（ｄ）に示すようにケーブル１０４の先端１０６が起立して上方に進行すると、ガイド部１４０の上部に設けられた返し面１４５によって回路基板１０８側に向かって折り返される。このとき、ケーブル１０４は、その中間部１８４がガイド部１４０に接触している。このような状態で駆動制御部１８２は、起立させたケーブル１０４を折り返すように、把持装置１２６を例えば上方に移動させつつ（図７（ｅ）参照）、さらに回路基板１０８に向かって進行させる。その結果、折り返されたケーブル１０４は、保持部１４２の把持爪１４８、１５０の下部１５８、１６０（図４参照）によって挟持され後、下方に脱落することが防止される。なお図７（ｆ）では、折り返されたケーブル１０４の先端１０６付近が把持爪１４８の下部１５８により挟持された状態を示している。その後、ケーブル１０４は、図４（ａ）に示すガイド部１４０の下面１６６に接触し、下面１６６に形成された吸着孔１６４によって吸着保持されて、確実に保持される。
　つぎに駆動制御部１８２は、図７（ｆ）で示すようにケーブル１０４を把持した把持装置１２６をさらに回路基板１０８のコネクタ１１０の近傍に移動させる。電子機器組立装置１００では、ケーブル１０４の先端１０６のおおよその位置を認識していれば、把持装置１２６を移動させつつ、ガイド部１４０によりケーブル１０４の姿勢を補正することができるため、高速な動作が可能である。
　続いて、コネクタ１１０とケーブル１０４の先端１０６との位置合わせを行う。しかし、この位置合わせは、把持装置１２６によるケーブル１０４の把持動作に伴う位置誤差、テーブル１７８（図７参照）に載置された回路基板１０８の設置誤差、さらにコネクタ１１０の回路基板１０８上への実装位置の誤差など、両者の相対位置にばらつきが生じる。
　そこで電子機器組立装置１００では、画像認識部１８０が認識したデータに基づいて、ＣＰＵ１６７の補正データ生成部１８６が位置補正データを生成することにより、両者の相対位置のばらつきを吸収している。そして駆動制御部１８２は、位置補正データに基づいて把持装置１２６を移動させることにより、位置誤差および姿勢誤差を補正することができる。一例として駆動制御部１８２は、ケーブル１０４とコネクタ１１０のそれぞれの特徴点を抽出し、特徴点同士が適切な位置関係になるような位置補正量を算出し、把持装置１２６およびケーブル１０４を移動させる。
　コネクタ１１０とケーブル１０４の先端１０６との位置合わせが完了した後に、駆動制御部１８２は、把持装置１２６を移動させて、ケーブル１０４の先端１０６をコネクタ１１０に挿入する。なお位置補正は、ケーブル１０４やコネクタ１１０の位置精度などの条件によっては適宜省略することも可能である。
　つぎに、コネクタ１１０とコネクタ１１０に挿入された状態のケーブル１０４を視覚装置１２８によって撮像し、ＣＰＵ１６７の挿入判定部１８８が挿入成功時の画像と比較する。この比較の結果、挿入が成功すなわち接続作業が完了したと判定されると処理を完了する。一方、挿入判定部１８８によって挿入が失敗したと判定されると、挿入判定部１８８は、図３に示す状態通知装置１２０を通じて上位制御システム１１６に異常発生を通知してもよいし、ユーザに異常発生を通知してもよい。また、接続作業をリトライするなどの処置を行ってもよい。さらにロボットシステム１０２による自動判定を省略し、挿入完了後の回路基板１０８を別工程で検査してもよい。
　したがって電子機器組立装置１００が適用されるロボットシステム１０２によれば、把持装置１２６を移動させるという簡素な構成で、寝た姿勢のケーブル１０４を起立させることができ、さらに起立させたケーブル１０４を折り返して先端１０６を接続先の回路基板１０８のコネクタ１１０に挿入することにより、接続作業を迅速に完了させ、作業効率を高めることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　本出願は、２０２１年７月２日に日本国の出願された特願２０２１－１１０７８３を、優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものである。
　本発明は、電子機器の回路基板などに接続されたケーブルを把持する電子機器組立装置および電子機器組立方法として利用することができる。
１００…電子機器組立装置、１０２…ロボットシステム、１０４…ケーブル、１０６…ケーブルの先端、１０８…回路基板、１１０…コネクタ、１１２…ケーブルの根元、１１３…ロボット本体、１１４…ロボット制御装置、１１６…上位制御システム、１１８…入力装置、１２０…状態通知装置、１２２…ベース部、１２４…ロボットアーム、１２６…把持装置、１２８…視覚装置、１２９…ロボットアームの先端、１３０…カメラ、１３２…照明装置、１３６…電動モータ、１３８…エンコーダ、１４０…ガイド部、１４２…保持部、１４４…すくい面、１４５…返し面、１４６…アクチュエータ、１４８、１５０…把持爪、１５２…突出部、１５４…導入部、１５６…平行部、１５８、１６０…把持爪の下部、１６２…保持部の下面、１６４…吸着孔、１６６…ガイド部の下面、１６７…ＣＰＵ、１６８…入出力部、１７０…ＲＡＭ、１７２…ＲＯＭ、１７４…メモリ、１７６…バス、１７８…テーブル、１８０…画像認識部、１８２…駆動制御部、１８４…ケーブルの中間部、１８６…補正データ生成部、１８８…挿入判定部

Claims (5)

  1. 　平坦かつ柔軟性を有するとともに先端が略水平方向に寝た状態のケーブルを把持する把持装置と、
    　前記ケーブルの根元が電気的に接続された回路基板に対して前記把持装置を相対的に移動させるロボットアームと、
    　前記把持装置と前記ロボットアームとを動作制御するロボット制御装置と、
    を備え、
    　前記把持装置は、すくい面を有するガイド部と、該ガイド部により案内された前記ケーブルを保持する保持部とを有し、
    　前記ロボット制御装置は、前記把持装置を移動させて、寝た姿勢の前記ケーブルの長手方向に沿った状態で前記ケーブルの前記先端に正対させ、前記ガイド部の前記すくい面を前記ケーブルの前記先端に接触させて、さらに前記回路基板に向かって進行させることによって前記ケーブルを起立させることを特徴とする電子機器組立装置。
  2. 　前記保持部は、アクチュエータにより動作する把持爪を有し、
    　前記把持爪は、前記ケーブルを前記長手方向に交差する方向で挟持して保持することを特徴とする請求項１に記載の電子機器組立装置。
  3. 　前記把持装置は、その下面に設けられるとともに前記ケーブルを吸引して保持する吸引部をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器組立装置。
  4. 　前記ロボット制御装置は、前記把持装置を略水平移動させて、起立させたケーブルを折り返して、前記ケーブルの前記先端を前記保持部により保持させて、さらに接続先の前記回路基板のコネクタに挿入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器組立装置。
  5. 　平坦かつ柔軟性があり、根元が回路基板に接続されていて、先端が略水平方向に寝た状態のケーブルの前記先端を、前記回路基板のコネクタに挿入する電子機器組立方法であって、
    　すくい面を有するガイド部と該ガイド部により案内された前記ケーブルを保持する保持部とを有する把持装置を移動させ、
    　寝た姿勢の前記ケーブルの前記先端に前記把持装置を正対させ、
    　前記ガイド部の前記すくい面を該ケーブルの前記先端に接触させて、前記回路基板に向かって前記把持装置を進行させることによって前記ケーブルを起立させ、
    　前記把持装置を略水平移動させて、起立させた前記ケーブルを折り返して、前記ケーブルの前記先端を前記保持部により保持させて、さらに接続先の前記回路基板の前記コネクタに挿入することを特徴とする電子機器組立方法。
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