JP6572845B2 - 車両組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両を組立てる組立装置に関する。

従来、車両の組立ラインにおいては、ベース部品となるメインボディを搬送台車上に載置し、搬送台車を移動させながら、各種の組立装置を使用して車両の組立操作を行っている。この種の組立装置の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示のサスペンションメンバ組付装置は、ナットランナーを備えており、このナットランナーを利用して、車体に仮止めされたナットに対して所定のトルクを付与してこのナットの増し締めを行うためのものである。ナットランナーは、シリンダロッドを用いて上下動可能に構成されている。作業者は、車体側のナットに対するナットランナーの位置合わせを行った後、起動スイッチを操作してシリンダロッドを伸長させる。これにより、重量物であるナットランナーを自動で持ち上げて、ナットランナーのソケットをナットに係合させて増し締めを行うことができる。

上記のサスペンションメンバ組付装置は、各ナットに専用のナットランナーを備えている。このため、この組付装置は、車種の変更や追加に対して大掛かりな設備改造が必要となり、汎用性が低いという問題を抱えている。

そこで、このような問題を解消するために、各ナットランナーを複数のナットに対して兼用化し、且つロボットを使用してナットランナーをナットまで移動できるようにするという対策が考えられる。この対策の場合、例えば特許文献２に開示の自動ねじ締め機を利用することができる。この自動ねじ締め機は、多関節のロボットのアーム先端部にねじ締め用のドライバ−ツールユニットを備えている。ドライバ−ツールユニットに保持されたねじ部品は、ロボットの制御によって被締め付け体に対して位置合わせされて、被締め付け体に締め付けられる。

特開２００１−１８８６８号公報 特開平８−２９０３３７号公報

車両を組立てる組立装置の場合、ナットランナーのような重量物を持ち上げて車両に向けて移動させる必要がある。従って、このような重量物をロボット単独で駆動するためには、最大可搬質量の大きい大型のロボットが必要になり、このために装置全体が大型化するという問題が生じ得る。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、汎用性が高く且つ小型化が可能な車両組立装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
車両を組立てるための車両組立装置であって、
本体ベースと、
組立作業用のツールユニットと、
上記本体ベースに設けられ、上記ツールユニットを上下方向及び水平旋回方向に駆動可能なロボットと、
上記本体ベースから延出し、上記ツールユニットの水平旋回動作に連動して水平旋回する旋回アームと、
上記旋回アームに設けられ、上記ロボットによる上記ツールユニットの持ち上げを補助する補助装置と、
を備える、車両組立装置にある。

上記態様の車両組立装置は、ロボットを使用してツールユニットを上下方向及び水平旋回方向のそれぞれの方向に駆動することができる。このとき、ツールユニットの上下方向動作と水平旋回方向動作とを組み合わせることによって、ツールユニットを任意の位置まで移動させることができる。このため、１つのツールユニットを車両側の複数の組付け箇所に兼用できる。従って、複数のツールユニットのそれぞれを複数の組付け箇所のそれぞれに専用で使用する車両組立装置に比べると、車種の変更や追加に対して大掛かりな設備改造が必要とならず、汎用性が高い。

また、補助装置は、ロボットによるツールユニットの持ち上げを補助することができる。この場合、この補助装置は、ツールユニットの水平旋回動作に連動して水平旋回する旋回アームに設けられているため、ツールユニットが水平旋回する各位置において、ツールユニットの持ち上げを補助する機能を常時に発揮できる。このため、ナットランナーのような重量物であるツールユニットを、ロボット単独ではなくロボットと補助装置との協働で持ち上げて移動させることができる。従って、車両組立装置のロボットに最大可搬質量を小さく抑えた小型のロボットを使用することができ、装置全体を小型化できる。

以上のごとく、上記態様によれば、汎用性が高く且つ小型化が可能な車両組立装置を提供することができる。

本実施形態の車両組立装置の概要を示す図。 図１の車両組立装置においてツールユニット周辺を拡大した拡大図。 図１のIII−III線矢視断面図。 固定部材及び抜け止め部材のそれぞれの構造を示す斜視図。 図１の車両組立装置においてロボット周辺を拡大した拡大図。 図１中の旋回アームの平面図。 自動運転モードにおいてツールユニットの上下動作を示す図。 自動運転モードにおいてツールユニット及び旋回アームのそれぞれの水平旋回動作を示す平面図。 自動運転モードにおいてツールユニット及び旋回アームのそれぞれの水平旋回動作を示す平面図。 自動運転モードから手動運転モードへの切替操作を説明するための図。 手動運転モードにおいてツールユニットの上下動作を示す図。 手動運転モードにおいてツールユニット及び旋回アームのそれぞれの水平旋回動作を示す平面図。 手動運転モードにおいてツールユニット及び旋回アームのそれぞれの水平旋回動作を示す平面図。

上述の態様の好ましい実施形態について説明する。

上記の車両組立装置において、上記補助装置は、上記ツールユニットを上記旋回アームに上下動可能に繋留する繋留体と、上記繋留体を上方へ付勢する付勢部材と、を備えるのが好ましい。

これにより、ツールユニットを旋回アームに繋留する繋留体の張力によって、ロボットによるツールユニットの持ち上げを補助することができる。即ち、ツールユニットが上下動する場合、この補助装置において付勢部材によって繋留体に常時に張力が作用している。このため、補助装置の構造を簡素化できる。

上記の車両組立装置において、上記ツールユニットは、上下方向に延在するシャフトを備え、上記旋回アームは、上記ツールユニットの上記シャフトを上下動可能にガイドするガイド部を備え、上記ガイド部において上記ツールユニットに連結されているのが好ましい。

この場合、旋回アームは、ロボットからシャフト及びガイド部を介して伝達された荷重によって水平旋回することができる。即ち、ロボットを旋回アームの水平旋回動作時のアクチュエータに利用できる。従って、旋回アームに専用のアクチュエータを設ける必要がない。一方で、この旋回アームは、ガイド部を備えることでツールユニットの上下動作を邪魔しない。これにより、ツールユニットの上下方向の円滑な動作を実現できる。

上記の車両組立装置は、上記ツールユニットと上記ロボットとを連結する連結部に着脱可能に取付けられる固定部材を備え、上記ツールユニットは、上記固定部材が上記連結部に取付けられた状態で上記ロボットによって駆動される一方で、上記固定部材が上記連結部から取外された状態で上記ロボットから分離されるのが好ましい。

これにより、車両組立装置を自動機と手動機とに切り替えて使用できる。固定部材を連結部に取付けた自動運転モードによれば、車両組立装置を自動機として使用できる。自動運転モードの場合、ツールユニットは、ロボットによって旋回アームとともに駆動される。一方で、固定部材を連結部から取外した手動運転モードによれば、車両組立装置を手動機として使用できる。手動運転モードの場合、ツールユニットがロボットから物理的に切り離される。このため、作業者から付与される荷重によってツールユニットを上下方向及び水平旋回方向に自在に動かすことができる。

上記の車両組立装置において、上記ツールユニットは、ワークの締め付けを行う締め付け装置であり、上記ガイド部は、上記ツールユニットの上記シャフトに相対回転不能であり、上記旋回アームは、上記ツールユニットが上記ワークの締め付けを行う際に発生するトルク反力を上記ガイド部において受ける反力吸収アームとして構成されているのが好ましい。

この場合、ツールユニットの軸回転によるワークの締め付け力と反対方向にトルク反力が生じ、このトルク反力がシャフト及びガイド部を介して旋回アームに伝達する。このとき、ツールユニットから伝達したトルク反力を旋回アームで受けることができる。

上記の車両組立装置において、上記本体ベースは、車輪と、上記車両を搬送する搬送台車に設けられたブロックに係合可能な係合部と、を備え、予め設定された同期期間に上記係合部において上記ブロックに係合し上記搬送台車の搬送面に沿って延びる並走面を上記車両と同期して並走するように構成されているのが好ましい。

本構成によれば、車両組立装置を同期期間に車両と同期して並走させることができる。

上記の車両組立装置において、上記ロボットは、いずれも垂直方向に延在する複数の駆動軸を有する多関節ロボットとして構成されているのが好ましい。

本構成によれば、複数の駆動軸を有する多関節ロボットを使用してツールユニットを駆動するため、ツールユニットの水平旋回方向の動作範囲を広げることができる。

（実施形態）
以下、本実施形態の、車両組立ラインにおける車両組立装置（以下、単に「組立装置」ともいう。）について、図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書の説明で参照する図面では、特に断わらない限り、車両の搬送方向である第１方向を矢印Ｘで示し、車両の搬送面の幅方向である第２方向を矢印Ｙで示し、上下方向（垂直方向）である第３方向を矢印Ｚで示している。

図１に示されるように、組立装置１０は、車両（「車体」ともいう。）１を組立てるための装置であり、車両組立ラインＬに対して使用される。この車両組立ラインＬにおいて、車両１は、搬送台車２の搬送面２ａに固定された支柱３によって支持され、第１方向Ｘのうちの一方向である搬送方向に搬送される。

組立装置１０は、本体ベース２０と、組立作業用のツールユニット３０と、ロボット４０と、旋回アーム５０と、補助装置５５と、ガイド部５８と、ツールユニット３０及びロボット４０の制御を行う制御装置６０と、を備えている。

本体ベース２０は、車輪２１と、搬送台車２の搬送面２ａから突出したブロック２ｂに係合可能な係合部２２と、を備えている。係合部２２は、予め設定された同期期間の開始時に、即ちブロック２ｂの位置に到達したときに、このブロック２ｂに係合するように動作する。一方で、係合部２２は、同期期間の終了時にブロック２ｂとの係合を解除するように動作する。

このため、本体ベース２０は、同期期間に係合部２２においてブロック２ｂに係合し搬送面２ａに沿って延びる並走面４を車両１と同期して並走するように構成されている。また、本体ベース２０は、ガイド機構（図示省略）によって第１方向Ｘに沿ってガイドされている。このガイド機構によれば、本体ベース２０は、並走時に並走面４から脱落するのが阻止されている。

本体ベース２０には、ツールユニット３０の動作領域内に進入した進入物を検知するセンサ２３が設けられている。このセンサ２３は、ツールユニット３０の動作領域に向けてレーザー光を照射するレーザースキャンセンサとして構成されている。このセンサ２３によれば、進入物までの距離を検知できる。このセンサ２３によって検知された情報は、制御装置６０に伝送される。そして、制御装置６０は、センサ２３が進入物を検知したときにロボット４０を停止する制御、或いはロボット４０の動作速度を下げる制御を行う。これにより、ツールユニット３０やロボット４０が進入物に干渉するのを防止できる。

図２に示されるように、ツールユニット３０は、車両１に仮止めされたナットＷ（ワーク）を増し締めするためのナットランナーとして構成されている。即ち、このツールユニット３０は、ワークであるナットＷの締め付けを行う締め付け装置である。

ツールユニット３０は、ユニット本体３１と、シャフト３２と、ステー３４と、操作ハンドル３５と、を備えている。

ユニット本体３１は、上下方向Ｚに延在する軸状部材であり、その上端に回転駆動部３１ａを備えている。この回転駆動部３１ａは、上側が開口する係合凹部３１ｂを備えている。この係合凹部３１ｂは、ナットＷの形状に相当する凹部である。このため、回転駆動部３１ａは、係合凹部３１ｂにおいてナットＷに係合可能なソケットとして構成されている。また、回転駆動部３１ａは、電動或いはエア駆動によってその軸周りに回転可能に構成されている。このため、ユニット本体３１は、車両１側のナットＷに係合して回転する実質的な回転工具として構成されている。このユニット本体３１自体を「ツールユニット」ということもできる。

なお、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａが係合するワークは、ナット以外にボルトであってもよい。また、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａは、ソケットに代えてビットであってもよい。

シャフト３２は、上端部３２ａと下端部３２ｂとの間で上下方向Ｚに長軸状に延在している。このシャフト３２は、上端部３２ａがユニット本体３１に固定されている。

組立装置１０は、ツールユニット３０とロボット４０とを連結する連結部３７に着脱可能に取付けられる固定部材４４を備えている。連結部３７は、ツールユニット３０のうち水平方向に延在するステー３４と、ロボット４０のうち水平方向に延在するアーム部４３と、によって構成されている。このとき、ステー３４の一端部３４ａは、軸受３３を介してシャフト３２の下端部３２ｂに回転自在に連結されている。一方で、ステー３４の他端部３４ｂは、固定部材４４を介してロボット４０のアーム部４３に分離可能且つ相対回転不能に連結されている。

ここで、固定部材４４は、ステー３４の他端部３４ｂに貫通形成された貫通穴３４ｃと、ロボット４０のアーム部４３に貫通形成された貫通穴４３ａに順次挿入される。このとき、ステー３４とアーム部４３との間の隙間に抜け止め部材４５が挿入されることによって、固定部材４４がステー３４に固定される。一方で、抜け止め部材４５が隙間から抜き出されることによって、固定部材４４を貫通穴４３ａ及び貫通穴３４ｃから順次抜き出すことができる。
なお、固定部材４４及び抜け止め部材４５のそれぞれの詳細な構造については後述する。

ツールユニット３０は、固定部材４４が連結部３７に取付けられた状態でロボット４０によって自動で駆動される。一方で、ツールユニット３０は、固定部材４４が連結部３７から取外された状態でロボット４０から分離される。即ち、ツールユニット３０がロボット４０から物理的に切り離される。この場合、ロボット４０の駆動力がツールユニット３０に伝達されないため、ツールユニット３０を自動で駆動させることができない。

そこで、ツールユニット３０をロボット４０から切り離したときには、このツールユニット３０を作業者から付与される外力によって手動で駆動する必要がある。このときに、ツールユニット３０の操作ハンドル３５を使用することができる。

操作ハンドル３５は、上端部３５ａと下端部３５ｂとの間で上下方向Ｚに長軸状に延在している。この操作ハンドル３５は、上端部３５ａがユニット本体３１に固定されている。この操作ハンドル３５は、作業者の手指で把持されて操作される。操作ハンドル３５の下端部３５ｂには、ユニット本体３１の回転駆動部３１ａの動作を制御するための操作スイッチ３６が設けられている。作業者は、この操作スイッチ３６の操作によって、回転駆動部３１ａの起動及び停止を行うことができる。

旋回アーム５０は、本体ベース２０から延出し、ツールユニット３０の水平旋回動作に連動して水平旋回するように構成されている。この旋回アーム５０は、その延出先端部において第２方向Ｙに延在する先端アーム部５４を備え、この先端アーム部５４に補助装置５５及びガイド部５８の双方が設けられている。これら補助装置５５及びガイド部５８は予め一体化された状態で旋回アーム５０の先端アーム部５４に取付けられている。
なお、この旋回アーム５０の詳細な構造については後述する。

補助装置５５は、ロボット４０によるツールユニット３０の持ち上げを補助するための装置である。この目的のために、補助装置５５は、ケーブル５６及びスプリング５７を備えている。この補助装置５５は、所謂「スプリングバランサー」の構造を利用したものである。これにより、補助装置５５の構造を簡素化できる。

ケーブル５６は、ツールユニット３０のステー３４を旋回アーム５０の先端アーム部５４に上下動可能に繋留する繋留体として構成されている。スプリング５７は、ケーブル５６をツールユニット３０のステー３４の持ち上げ方向に付勢する付勢部材として構成されている。ケーブル５６は、回転ドラム（図示省略）に対して巻取り及び巻出しが可能とされ、且つ先端部５６ａがステー３４に固定されており、スプリング５７の付勢力によってケーブル巻取り方向に付勢されている。このため、スプリング５７の付勢力をツールユニット３０の持ち上げ補助力に利用できる。

ステー３４が補助装置５５によって上方から吊り下げられた状態では、スプリング５７のケーブル巻取り方向の付勢力とケーブル５６に作用する下向きの引っ張り荷重（重力による荷重）とがバランスするまでケーブル５６が巻出される。このとき、ステー３４に作用するツールユニット３０の重量は、一部がロボット４０のアーム部４３に作用し、残りが補助装置５５のケーブル５６を介して旋回アーム５０に作用する。従って、ツールユニット３０の重量をロボット４０と旋回アーム５０とで分担して負担している。

ガイド部５８は、ツールユニット３０のシャフト３２を第３方向Ｚに上下動可能にガイドする機能を有する。この機能を実現するために、ガイド部５８は、上下方向Ｚに貫通形成されたガイド穴５９を備えている。ガイド穴５９は、ツールユニット３０のシャフト３２が微小隙間を隔ててスライド可能な断面形状を有する。

このため、旋回アーム５０は、このガイド部５８においてツールユニット３０に連結されている。このとき、ガイド部５８は、ツールユニット３０の水平旋回動作に連動して旋回アーム５０を水平旋回させる機能を有する。ここで、ガイド部５８は、ツールユニット３０のシャフト３２に相対回転不能に連結されている。従って、旋回アーム５０は、ツールユニット３０がナットＷの締め付けを行う際に発生するトルク反力をこのガイド部５８において受ける反力吸収アームとして構成されている。

図３に示されるように、シャフト３２は、いずれも径方向に突出し、且つ周方向に等間隔で配置された複数(図３では６つ)の凸部３２ｃを備えている。このため、シャフト３２の外表面には、凸部３２ｃと凹部３２ｄとが周方向に交互に配置されている。このような外表面形状を有するシャフト３２は、「スプラインシャフト」とも称呼される。これに対して、ガイド穴５９の断面形状はシャフト３２の断面形状と概ね相似形である。即ち、ガイド穴５９の内周面には、凹部５９ａと凸部５９ｂが周方向に交互に配置されている。

従って、ガイド部５８のガイド穴５９にツールユニット３０のシャフト３２が挿入された状態では、ガイド穴５９の凹部５９ａにシャフト３２の凸部３２ｃが嵌まり込み、且つシャフト３２の凹部３２ｄにガイド穴５９の凸部５９ｂが嵌まり込む。その結果、シャフト３２は、ガイド部５８に対する上下方向Ｚのスライドは許容される一方で、ガイド部５８に対する周方向の回転動作は阻止される。シャフト３２が上記のようなスプラインシャフトである場合には、ガイド部５８との協働によって過大な回転力に対抗できる。

図４に示されるように、ステー３４の他端部３４ｂには、四角形断面の貫通穴３４ｃが形成されている。このステー３４と同様に、ロボット４０のアーム部４３には、貫通穴３４ｃと同形状である四角形断面の貫通穴４３ａが形成されている。

抜け止め部材４５は、固定部材４４の抜け止めのために、ステー３４とアーム部４３との間に挿入される平板部４５ａを有する。平板部４５ａには、第２方向Ｙに延び且つ一端が開口したスリット４５ｂが設けられている。また、この抜け止め部材４５には、作業者が手指で操作するための取っ手４５ｃが設けられている。

固定部材４４の連結軸４４ａは、円形断面の縮径部４４ｂと、縮径部４４ｂの上下に設けられた四角形断面の２つの角柱部４４ｃ，４４ｃと、によって構成されている。また、この固定部材４４には、作業者が手指で操作するための取っ手４４ｄが設けられている。

この固定部材４４において、縮径部４４ｂの径寸法は、角柱部４４ｃの縦寸法及び横寸法を下回る。上側の角柱部４４ｃは、ステー３４の貫通穴３４ｃの大きさを若干下回る大きさであり、且つステー３４の上下方向Ｚの厚みと同様の軸高さ（「軸長さ」ともいう。）を有する。下側の角柱部４４ｃは、アーム部４３の貫通穴４３ａの大きさを若干下回る大きさであり、且つアーム部４３の上下方向Ｚの厚みと同様の軸高さを有する。縮径部４４ｂは、抜け止め部材４５のスリット４５ｂのスリット幅を若干下回る径を有し、且つ抜け止め部材４５の平板部４５ａの上下方向Ｚの厚みと同様の軸高さを有する。

上記の固定部材４４は、以下の取付け手順にしたがってステー３４に取付けられる。
作業者は、固定部材４４の取っ手４４ｄを手指で掴んで、連結軸４４ａをステー３４の貫通穴３４ｃに挿入し、更にこの連結軸４４ａをアーム部４３の貫通穴４３ａに挿入する。

次に、作業者は、ステー３４とアーム部４３との間に抜け止め部材４５の厚み分の隙間を確保した状態で、抜け止め部材４５の取っ手４５ｃを手指で掴んで、この隙間に抜け止め部材４５を挿入する。このとき、上側の角柱部４４ｃがステー３４の貫通穴３４ｃに嵌合し、下側の角柱部４４ｃがアーム部４３の貫通穴４３ａに嵌合する。また、抜け止め部材４５のスリット４５ｂに固定部材４４の縮径部４４ｂが嵌まり込む。

その結果、ステー３４及びアーム部４３は固定部材４４によって相対回転不能に連結され、且つ固定部材４４の上方への抜け出しが抜け止め部材４５によって阻止される。

図５に示されるように、ロボット４０は、本体ベース２０に設けられている。ロボット４０は、いずれも垂直方向に延在する複数（本実施形態では３つ）の駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有し水平方向にアームが動作する水平多関節ロボットとして構成されている。特に図示しないものの、各駆動軸には、制御装置６０によって制御される、アクチュエータとしてのモータが設けられている。このような水平多関節ロボットは、「スカラロボット」とも称呼される。

このロボット４０は、３つのアーム部４１，４２，４３を備えている。アーム部４１は、本体部４０ａから水平方向に延出し、駆動軸Ｂ１が回転動作することによって駆動軸Ｂ１を中心に水平旋回可能に構成されている。アーム部４２は、アーム部４１から水平方向に延出し、駆動軸Ｂ２が回転動作することによって駆動軸Ｂ２を中心に水平旋回可能に構成されている。アーム部４３は、駆動軸Ｂ３を介してアーム部４２に連結され、水平方向に延在している。駆動軸Ｂ３は、回転動作及び上下動作の双方を行うことができるように構成されている。

このため、アーム部４３は、駆動軸Ｂ３を中心に水平旋回可能であるとともに、駆動軸Ｂ３に沿って上下方向Ｚに上下動可能に構成されている。このように、本実施形態のロボット４０は、ツールユニット３０を上下方向Ｚ及び水平旋回方向に駆動可能なロボットである。このロボット４０のように、複数の駆動軸を有する多関節ロボットを使用してツールユニット３０を駆動するため、ツールユニット３０の水平旋回方向の動作範囲を広げることができる。

制御装置６０は、ツールユニット３０の駆動のためにロボット４０の３つの駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を制御する。この場合、制御装置６０は、予め教示された或いは記憶された複数の移動軌跡の中から選択された所定の移動軌跡（移動経路）を使用し、この移動軌跡に基づいてロボット４０の３つの駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれのアクチュエータに制御信号を出力する。この場合、制御装置６０は、３つの駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれの実際の回転位置を検出し、この回転位置と目標回転位置とに基づいて３つの駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれをフィードバック制御するのが好ましい。

図６に示されるように、旋回アーム５０は、本体ベース２０に固定され上下方向Ｚに延在する支柱５１から水平方向に延出したアームである。この旋回アーム５０は、３つのアーム部５２，５３，５４を備え、いずれも垂直方向である上下方向Ｚに延在する旋回軸Ａ１，Ａ２を中心に左右に水平旋回可能に構成されている。

第１アーム部５２は、支柱５１の上端部に固定され、水平方向である第２方向Ｙに延在している。

第２アーム部５３は、水平方向である第２方向Ｙに延在し、旋回軸Ａ１によって第１アーム部５２に水平旋回可能に連結されている。このため、第２アーム部５３は、旋回軸Ａ１を中心に左右に水平旋回可能である。この旋回軸Ａ１は、第２アーム部５３の水平旋回位置にかかわらず本体ベース２０に対する相対位置が変わらない軸である。

先端アーム部５４は、旋回アーム５０を構成する各アーム部のうち最も先端側に設けられたアーム部である。この先端アーム部５４は、水平方向である第２方向Ｙに延在し、旋回軸Ａ２によって第２アーム部５３に水平旋回可能に連結されている。このため、先端アーム部５４は、旋回軸Ａ２を中心に左右に水平旋回可能である。この旋回軸Ａ２は、アーム部５３の水平旋回位置に応じて本体ベース２０に対する相対位置が変わる軸である。

また、この先端アーム部５４に固定されている補助装置５５及びガイド部５８も同様に、旋回軸Ａ１或いは旋回軸Ａ２を中心に水平旋回可能である。

次に、図７〜図１３を参照しつつ、上記構成の組立装置１０の運転モードについて具体的に説明する。この運転モードには、自動運転モードと手動運転モードが含まれる。

（自動運転モード）
図７に示されるように、自動運転モードは、固定部材４４を連結部３７に取付けることによって組立装置１０を自動機として使用する運転モードである。このとき、固定部材４４は、前述の取付け手順にしたがって予め取付けられる。この自動運転モードにおいて、制御装置６０は、ユニット本体３１の回転駆動部３１ａが車両１側のナットＷに係合するようにロボット４０を制御する。この制御によれば、ロボット４０のアーム部４３は、駆動軸Ｂ３に沿った上下動作と、駆動軸Ｂ３を中心とした水平旋回動作と、を行う。これにより、ツールユニット３０は、ロボット４０によって旋回アーム５０とともに駆動される。

（自動運転モード時の上下動作）
ロボット４０のアーム部４３は、駆動軸Ｂ３がアーム部４２から下方へ移動する動作にしたがって下降する。固定部材４４を介してアーム部４３に固定されているステー３４は、このアーム部４３とともに下降する。そして、このステー３４に連結されているシャフト３２は、ガイド部５８によってガイドされつつ下降する。このとき、ステー３４の下降量に相当する長さのケーブル５６が補助装置５５から巻き出される。その結果、ツールユニット３０が所望の高さまで下降する。

一方で、ロボット４０のアーム部４３は、駆動軸Ｂ３がアーム部４２から上方へ移動する動作にしたがって上昇する。ステー３４は、アーム部４３とともに上昇する。そして、シャフト３２は、ガイド部５８によってガイドされつつ上昇する。このとき、ステー３４の上昇量に相当する長さのケーブル５６が補助装置５５に巻き取られる。その結果、ツールユニット３０が所望の高さまで上昇する。

（自動運転モード時の水平旋回動作）
図８に示されるように、ロボット４０のアーム部４３は、駆動軸Ｂ３がその軸周りに右回転することによって右側に水平旋回する。このため、ステー３４は、アーム部４３とともに矢印Ｄ１で示されるように右側に水平旋回する。ステー３４に軸受３３（図７参照）を介して連結されているシャフト３２は、ステー３４とともに水平旋回する。このとき、軸受３３の作用によってステー３４に対するシャフト３２の周方向の相対回転が許容される。

ここで、ガイド部５８によってシャフト３２に連結されている旋回アーム５０は、シャフト３２とともにステー３４の移動軌跡にしたがって、例えば第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで右側に水平旋回する。このときの旋回アーム５０の動作は、アーム部５３が旋回軸Ａ１を中心に旋回する動作と、第２アーム部５３及び先端アーム部５４が旋回軸Ａ２を中心に相対的に旋回する動作と、が複合された動作になる。その結果、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａは、第１位置Ｑ１から第２位置Ｑ２まで右側に水平旋回する。

図９に示されるように、ロボット４０のアーム部４３は、駆動軸Ｂ３が更に右回転することによって右側に水平旋回する。このため、ステー３４は、アーム部４３とともに矢印Ｄ１で示されるように更に右側に水平旋回する。旋回アーム５０は、シャフト３２とともにステー３４の移動軌跡にしたがって、例えば第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３まで右側に水平旋回する。その結果、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａは、第２位置Ｑ２から第３位置Ｑ３まで右側に水平旋回する。

なお、ロボット４０のアーム部４３が左側に水平旋回する場合、ツールユニット３０は図８及び図９に示される位置と左右対称な位置に配置されることが明確であるため、ここではその説明を省略する。

（自動運転モード時の締め付け動作）
ロボット４０の上下動作及び水平旋回動作の組み合わせによってツールユニット３０が目標位置に到達すると、回転駆動部３１ａの係合凹部３１ｂが車両１側のナットＷに係合する。このとき、ビジョンセンサ（図示省略）等を使用して、ナットＷに対する係合凹部３１ｂの位置補正を行うのが好ましい。その後、制御装置６０は、ナットＷを締め付けるように回転駆動部３１ａを制御する。

上記の締め付け動作において、ツールユニット３０では、回転駆動部３１ａの軸回転によるナットＷの締め付け力と反対方向にトルク反力が生じる。このトルク反力は、シャフト３２及びガイド部５８を介して旋回アーム５０に伝達する。このとき、ツールユニット３０から伝達したトルク反力を旋回アーム５０で受けることができる。

図８及び図９に示されるように、回転駆動部３１ａが第２位置Ｑ２或いは第３位置Ｑ３にあるときの締め付け動作においては、ナットＷの締め付け力が作用する方向（図中の矢印Ｄ２で示される方向）と反対方向（図中の矢印Ｄ３で示される方向）にトルク反力が生じる。このトルク反力は、先端アーム部５４から支柱５１までの至る旋回アーム５０全体によって吸収される。

なお、旋回アーム５０が受けたトルク反力は支柱５１に作用する。このため、組立装置１０の設計においては、このトルク反力に打ち勝つことができる剛性を支柱５１に付与するのが好ましい。

（手動運転モード）
図１０に示されるように、手動運転モードは、固定部材４４を連結部３７から取外すことによって組立装置１０を手動機として使用する運転モードである。作業者は、固定部材４４を連結部３７から取外すために、抜け止め部材４５をその取っ手４５ｃを把持して水平方向に抜き出す。その後、固定部材４４をその取っ手４４ｄを把持して上方へ抜き出す。

この手動運転モードの場合、ツールユニット３０がロボット４０から物理的に切り離される。このとき、ツールユニット３０は、補助装置５５の作用によってほぼ無重力に近いバランス状態で保持される。このため、作業者から付与される荷重によってツールユニット３０を上下方向及び水平旋回方向に自在に動かすことができる。

（手動運転モード時の上下動作）
図１１に示されるように、作業者がツールユニット３０の操作ハンドル３５を把持し、この操作ハンドル３５に下向きの荷重を加えることによって、シャフト３２は、ガイド部５８によってガイドされつつ下降する。このときの下向きの荷重は、スプリング５７によるケーブル５６の巻取り方向の力に打ち勝つことができる荷重でなければならない。そして、シャフト３２の固定されているステー３４の下降量に相当する長さのケーブル５６が補助装置５５から巻き出される。その結果、ツールユニット３０が所望の高さまで下降する。

一方で、作業者がツールユニット３０の操作ハンドル３５を把持し、この操作ハンドル３５に上向きの荷重を加えることによって、シャフト３２は、ガイド部５８によってガイドされつつ上昇する。このときの上向き荷重は、スプリング５７によるケーブル５６の巻取り方向の力によって補助されるため、ツールユニット３０を下降させるときよりも小さい。このため、ツールユニット３０の持ち上げについて作業者の負担を低く抑えることができる。そして、ステー３４の上昇量に相当する長さのケーブル５６が補助装置５５に巻き取られる。その結果、ツールユニット３０が所望の高さまで上昇する。

（手動運転モード時の水平旋回動作）
図１２に示されるように、作業者がツールユニット３０の操作ハンドル３５を把持し、この操作ハンドル３５に図中の右方向の荷重を加えることによって、シャフト３２は、ガイド部５８とともに右側に水平旋回する。

ここで、ガイド部５８によってシャフト３２に連結されている旋回アーム５０は、シャフト３２とともに、例えば第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで右側に水平旋回する。その結果、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａは、第１位置Ｑ１から第２位置Ｑ２まで右側に水平旋回する。

図１３に示されるように、作業者がツールユニット３０の操作ハンドル３５に更に右方向の荷重を加えることによって、シャフト３２は、ガイド部５８とともに更に右側に水平旋回する。旋回アーム５０は、シャフト３２とともに、例えば第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３まで右側に水平旋回する。その結果、ツールユニット３０の回転駆動部３１ａは、第２位置Ｑ２から第３位置Ｑ３まで右側に水平旋回する。

なお、作業者が操作ハンドル３５に左方向の荷重を加える場合、ツールユニット３０は図１２及び図１３に示される位置と左右対称な位置に配置されることが明確であるため、ここではその説明を省略する。

（手動運転モード時の締め付け動作）
作業者は、目標位置に到達したツールユニット３０に対して、更にユニット本体３１の回転駆動部３１ａの係合凹部３１ｂが車両１側のナットＷに係合するように操作ハンドル３５を操作する。そして、作業者は、操作スイッチ３６の操作によって回転駆動部３１ａを起動してナットＷの締め付けを行う。

手動運転モードのときと同様に、上記の締め付け動作において、ツールユニット３０では、回転駆動部３１ａの軸回転によるナットＷの締め付け力と反対方向にトルク反力が生じる。このトルク反力は、シャフト３２及びガイド部５８を介して旋回アーム５０に伝達する。このとき、ツールユニット３０から伝達したトルク反力を旋回アーム５０で受けることができる。従って、手動運転モードにおいて、作業者がトルク反力を受けにくくなり、作業者への負担を軽減できる。

上記の実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。

上記の車両組立装置１０は、ロボット４０を使用してツールユニット３０を上下方向及び水平旋回方向のそれぞれの方向に駆動することができる。このとき、ツールユニット３０の上下方向動作と水平旋回方向動作とを組み合わせることによって、ツールユニット３０を任意の位置まで移動させることができる。このため、１つのツールユニット３０を車両１側の複数のナットＷに兼用できる。従って、車種の変更や追加に対して大掛かりな設備改造が必要とならず、汎用性が高い。

また、補助装置５５は、ツールユニット３０を旋回アーム５０に繋留するケーブル５６の張力によって、ロボット４０によるツールユニット３０の持ち上げを補助することができる。即ち、ツールユニット３０が上下動する場合、この補助装置５５においてスプリング５７によってケーブル５６に常時に張力が作用している。この場合、この補助装置５５は、ツールユニット３０の水平旋回動作に連動して水平旋回する旋回アーム５０に設けられているため、ツールユニット３０が水平旋回する各位置において、ツールユニット３０の持ち上げを補助する機能を常時に発揮できる。

このため、ナットランナーのような重量物であるツールユニット３０を、ロボット４０単独ではなくロボット４０と補助装置５５との協働で持ち上げて移動させることができる。従って、車両組立装置１０のロボット４０に最大可搬質量を小さく抑えた小型のロボットを使用することができ、装置全体を小型化できる。また、ロボット４０の小型化によって、作業者が移動するための広いスペースを確保できる。

上記の車両組立装置１０において、旋回アーム５０は、ロボット４０からシャフト３２及びガイド部５８を介して伝達された荷重によって水平旋回することができる。即ち、ロボット４０を旋回アーム５０の水平旋回動作時のアクチュエータに利用できる。従って、旋回アーム５０に専用のアクチュエータを設ける必要がない。一方で、この旋回アーム５０は、ガイド部５８を備えることでツールユニット３０の上下動作を邪魔しない。これにより、ツールユニット３０の上下方向の円滑な動作を実現できる。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、ツールユニット３０が締め付け装置である場合について記載したが、このツールユニット３０に代えてその他のツールユニットを採用することもできる。その他のツールユニットとして、典型的には、ワークを車両に押し込むことによって加締める加締め装置、刷毛部材によって塗料を塗布する塗布装置などが挙げられる。

なお、ツールユニット３０が軸回転を伴わない場合であって、旋回アーム５０がツールユニット３０からの反力を受ける必要がない場合には、上記ガイド部５８がツールユニット３０のシャフト３２に相対回転可能に連結された構成や、ガイド部５８が省略された構成などを採用することもできる。

上記の実施形態では、ツールユニット３０とロボット４０とが分離可能である構成について例示したが、本構成に代えて、ツールユニット３０とロボット４０とが常時に連結された構成を採用することもできる。この場合、自動運転モードのみを実施可能である。

上記の実施形態では、いずれも垂直方向に延在する２つの旋回軸Ａ１，Ａ２を中心に水平旋回可能な旋回アーム５０について例示したが、この旋回アーム５０のための旋回軸は、必要に応じて１つ或いは３つ以上であってもよい。

上記の実施形態では、いずれも垂直方向に延在する３つの駆動軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有するロボット４０について例示したが、このロボット４０のための駆動軸は、必要に応じて１つ或いは４つ以上であってもよい。

上記の実施形態では、スプリング５７の付勢力を利用した補助装置５５について例示したが例示したが、この補助装置５５に代えて、空気圧やアクチュエータなどを利用した補助装置を採用することもできる。

上記の実施形態では、本体ベース２０が車輪２１を有する場合について例示したが、本体ベース２０を設置面に固定する場合には、車輪２１を省略することもできる。

１ 車両
２ 搬送台車
２ａ 搬送面
２ｂ ブロック
１０ 車両組立装置（組立装置）
２０ 本体ベース
２１ 車輪
２２ 係合部
３０ ツールユニット
３２ シャフト
３３ 軸受
３４ ステー
３４ａ 一端部
３４ｂ 他端部
３７ 連結部
４０ ロボット
４３ アーム部
４４ 固定部材
５０ 旋回アーム
５４ 先端アーム部
５５ 補助装置
５６ ケーブル（繋留体）
５７ スプリング（付勢部材）
５８ ガイド部
６０ 制御装置
Ａ１，Ａ２ 旋回軸
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 駆動軸
Ｗ ナット（ワーク）

Claims (7)

1. 車両を組立てるための車両組立装置であって、
   本体ベースと、
   組立作業用のツールユニットと、
   上記本体ベースに設けられ、上記ツールユニットを上下方向及び水平旋回方向に駆動可能なロボットと、
   上記本体ベースから延出し、上記ツールユニットの水平旋回動作に連動して水平旋回する旋回アームと、
   上記旋回アームに設けられ、上記ロボットによる上記ツールユニットの持ち上げを補助する補助装置と、
   を備える、車両組立装置。
2. 上記補助装置は、上記ツールユニットを上記旋回アームに上下動可能に繋留する繋留体と、上記繋留体を上方へ付勢する付勢部材と、を備える、請求項１に記載の車両組立装置。
3. 上記ツールユニットは、上下方向に延在するシャフトを備え、
   上記旋回アームは、上記ツールユニットの上記シャフトを上下動可能にガイドするガイド部を備え、上記ガイド部において上記ツールユニットに連結されている、請求項１又は２に記載の車両組立装置。
4. 上記ツールユニットと上記ロボットとを連結する連結部に着脱可能に取付けられる固定部材を備え、上記ツールユニットは、上記固定部材が上記連結部に取付けられた状態で上記ロボットによって駆動される一方で、上記固定部材が上記連結部から取外された状態で上記ロボットから分離される、請求項３に記載の車両組立装置。
5. 上記ツールユニットは、ワークの締め付けを行う締め付け装置であり、上記ガイド部は、上記ツールユニットの上記シャフトに相対回転不能に連結されており、上記旋回アームは、上記ツールユニットが上記ワークの締め付けを行う際に発生するトルク反力を上記ガイド部において受ける反力吸収アームとして構成されている、請求項３又は４に記載の車両組立装置。
6. 上記本体ベースは、車輪と、上記車両を搬送する搬送台車に設けられたブロックに係合可能な係合部と、を備え、予め設定された同期期間に上記係合部において上記ブロックに係合し上記搬送台車の搬送面に沿って延びる並走面を上記車両と同期して並走するように構成されている、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の車両組立装置。
7. 上記ロボットは、いずれも垂直方向に延在する複数の駆動軸を有する多関節ロボットとして構成されている、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の車両組立装置。

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