JPS62271641A - 視覚付きロボツトによる組立装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シャーシなどの被組付部品に所望の部品（以
下、組付部品という）を取りつける視覚付きロボットに
よる組立装置に関する。

【従来の技術〕

量産品の組立には、ロボットが用いられ、作業の自動化
がはかられている。これは、所定の位置に置かれた組付
部品をロボットのハンドで把持し、これを位置決めされ
た被組付部品まで搬送してこれに取りつけるものである
。このように組付ロボットを用いた組立装置においては
、組付部品の収納位置および被組付部品上の部品取付点
に関するデータを入力し、組付ロボットに組付部品の搬
送経路、被組付部品への取付は動作を教示するようにし
ている。したがって、かかる組付ロボットによると、組
付部品の収納時の位置、姿勢が全ての組付部品について
同じであり、かつ各被組付部品の位置設定が正しくなさ
れている場合には、これ−”ら被組付部品への組（す部
品の組付けは正しく行な°われるが、組付部品の収納時
における位置ずれや　；姿勢の変化などがあると、当然
のことながら、組付ロボットのハンドによる組付部品の
把持が正しく行なわれなかったり、把持が不能になった
りし、正しい組付は動作が行なわれな（なる。

これに対し、本出願人は、先に視覚認識システムを備え
た組付ロボットによる組立装置を提案した（特順昭６０
−２７９２１３号）、この視覚認識システムはビデオカ
メラを有しており、このビデオカメラで組付部品の収納
部を監視し、その出力を処理して組付部品の位置、姿勢
を判定し、その判定データでもって組付ロボットを制御
するものである。これによると、収納部において組付部
品に位置ずれ、姿勢ずれがあっても、組付ロボットは組
付部品を一定の姿勢で正しく把持し、被組付部品への取
付けが行なわれる、 （発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、組付部品が取付けられる被組付部品上の
部品取付点は、必ずしもこの被組付部品上の一定の位置
に固定されたものばかりとは限らない、たとえば、被組
付部品としては、基板に既・にいくつかの部品が取りつ
けられたものであって、これら部品のいずれかに新たに
組付部品を取りつけなければならないような場合もある
が、この部品が可動部を有し、新たに取り付けられる組
付部品に対する部品取付点の少なくとも１つがこの可動
部上にあるときには、上記部品が基板上の正しい位置に
正しい姿勢で取付けられたとしても、被組付−品が搬送
されるときに、振動などによって可動部が動いてしまう
、この結果、被組付部品が新たな組付部品を組付けるぺ
（正しく位置決めされたとしても、新たな組付部品に対
する部品取付点の位置にバラツキが生ずることになる。

このような場合には、組付部品の被組付部品への組付け
が不能になることもある。

これを防止するためには、被組付部品に既に組付けられ
た組付部品の姿勢などを修正するための作業が必要とな
り、組立ての自動化を阻害することになる。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、部品取付点が
位置変化しても、被組付部品に正しく組付部品を組付け
ることができるようにした視覚付ロボットによる組立装
置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、ビデオカメラを
有する視覚認識システムでもって位置決めされた被組付
部品上の部品取付点を認識し、その認識結果で組付ロボ
ットを制御する。

〔作用〕

視覚認識システムの認識結果から位置決めされた被組付
部品に組付けるべき組付部品の姿勢が決定し、組付ロボ
ットのハンドに把握された組付部品の姿勢がこの姿勢に
合うように修正される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明による視覚付きロボットによる組立装置
の一実施例を示す斜視図であって、１は製品搬送装置、
２はベルト、３は部品供給装置、４は組付ロボット、５
はハンド、６は視覚認識システム、７はビデオカメラ、
８は被組付部品、９はポール、１０．１１は検出スイッ
チ、１２はマガジン、１３は組付部品である。

同図において、被組付部品８は、製品搬送装置１のベル
ト２により、矢印方向に搬送される。被組付部品８には
ポール９が設けられており、搬送中、製品搬送装置１に
取りつけられた検出スイッチ１０．１１によってこのポ
ール９が検出されると、被組付部品８は停止して所定位
置に位置決めされる。この位置決めされた被組付部品８
の近くには、多数の組付部品１３を収納したマガジン１
２が置かれている。

一方、視覚認識システム６はビデオカメラフを備えてお
り、被組付部品８が所定位置に位置決めされると、ビデ
オカメラ７は被組付部品８上の組付部品１３が取りつけ
られる取付点を含む領域を撮像する。視覚認識システム
６はビデオカメラ７の出力信号によって被組付部品８上
の部品取付点の位置を判定し、判定データを出力する０
組付口ボット４は、この判定データによって制御される
ものであって、ハンド５によってマガジン１２に収納さ
れている組付部品１３を把持し、被組付部品８まで搬送
してその部品取付点に取りつける。

ここで、被組付部品８上には、前段の工程により、可動
部を有する他の組付部品（図示せず）が取りつけられて
おり、この可動部にマガジン１２に収納された組付部品
１３が取りつけられるものとする。この他の組付部品は
、前段の工程において、一定の姿勢で被組付部品８に取
りつけられるが、製品搬送装置ｌによる被組付部品８の
搬送中、上記他の組付部品の可動部が動いてしまい、取
りつけ時とは姿勢が異なってくる。このために、被組付
部品８が検出スイッチ、１０．１１によって停止し、位
置設定されたときには、これに取りつけられている上記
他の組付部品の姿勢は被組付部品８毎にまちまちであり
、したがって、組付部品１３の部品取付点の位置もまち
まちである。

これに対して、先に説明したように、視覚認識システム
６はビデオカメラ７の出力信号を用いて被組付部品８上
の組付部品１３の部品取付点を判定してお的、この判定
結果にもとづいて、組付ロボット４は、組付部品１３の
搬送中などに、部品組付点が被組付部品８上の可能ない
ずれの位置にあっても、組付部品１３がこの部品取付点
に取りつけることができるように、組付部品１３の姿勢
を変える。

マガジン１２の全ての組付部品１３が順次送られてくる
被組付部品８に取りつけられると、空になったマガジン
１２は、部品供給装置３により、矢印Ｙ方向に排出され
、組付部品１３を収納した新たなマガジン１２が矢印Ｘ
方向に搬送されてくる。

次に、第１図における各部についてより詳細に説明する
。

第２図および第３図は第１図における製品搬送％ＩＷ１
に設けられた被取付部品８の位置決め装置を示すもので
あって、第３図は第２図の矢印入方向からみた側面図で
ある。また、第２図、第３図において、１４はストップ
レバー、１５はボス、１６は脚、１フは位置決めシリン
ダ、１８は位置決めピン、１９はストップシリンダであ
り、第１図に対応する部分には同一符号をつけている。

第２図および第３１！１１において、被組付部品８の裏
面四隅には夫々脚４６が設けられ、これら脚１６の左右
２つずつが別々のベルト２に乗っており、これによって
被組付部品８は第２図の矢印入方向に搬送される。

被組付部品８のこの搬送の過程で、まず、被組付部品８
に設けられたポール９が検出スイッチ１１に当たると、
ストップシリンダー９が作動し、ストップレバー１４が
被組付部品８の裏面とベルト２との間で脚１６の移動軌
跡を横切るように挿入される。その後も被組付部品８は
移動を続けるが、ストップレバー１４が１１１６に当接
するとともに被組付部品８は停止し、これと同時に、ポ
ール９は次の検出スイッチｌＯに当る。これによって位
置決めシリンダー７が作動し、位置決めピン１８が矢印
２方向に移動する０位置決めピン１８の先端部はテーパ
状をなしており、これに対向して被組付部品８の裏面に
テーパ状の穴を有するボス１５が設けられている。矢印
２方向に移動する位置決めピン１８の先端部はボス１５
の穴に嵌合し、これにより、ストップレバー１４によっ
て停止された被組付部品８の位置にばらつきがあっても
、この被組付部品８は全て同じ正しい位置に位置決めさ
れる。

第４図は第１図における部品供給装置３を示す平面図、
第５図はその側面図であって、２０はベルト、２１はモ
ータ、２２は位置決めアーム、２３はシリンダ、２４は
モータローラ、２５は位置決めアーム、２６はマガジン
供給テーブル、２７はシリンダ、２８．２８’はストッ
パであり、第１図に対応する部分には同一符号をつけて
いる。

第４図および第５図において、図示しないベルトによっ
て搬送されたマガジン１２は、２つのベルト２０とこれ
らを駆動するモータ２１とからなり、シリンダ２７によ
って持ち上げられたマガジン供給テーブル２６上に乗り
、ベルト２０によってさらにＸ方向に搬送される。この
とき、モータローラ２４は停止しており、マガジン１２
の底面はこれらモータローラ２４上に乗っていてもよい
し、これらよりも浮上していてもよい。

そして、マガジン１２の先端部がストッパ２８に当接す
ると、図示しない検出手段によってこれが検出され、モ
ータ２１が停止するとともに、シリンダ２７によってマ
ガジン供給テーブル２６は降下する。これによって、マ
ガジン１２はモータローラ２４によって支持される。こ
れと同時に、シリンダ２３．２６が作動し、これらによ
り、アーム２２がマガジン１２をスドンパ２Ｂに押しつ
け、アーム２５がマガジン１２をストッパ２８′に押し
つける。これによってマガジン１２が位置決めされる。

マガジン１２ガ空になると、シリンダ２３．２６により
、アーム２２．２５によるマガジン１２の位置決めが解
除され、モータローラ２４が回転駆動されてマガジン１
２は矢印Ｙ方向に排出される。

しかる後、シリンダ２７が作動してマガジン供給テーブ
ル２６が上昇し、モータ２１が回転して次に搬送されて
来るマガジン１２の搬送、位置決めに備える。

なお、マガジン１２が空になったことは、組付ロボット
４　（第１図）に検知され、この組付ロボット４からの
指令により、マガジン１２の排出動作が開始される。

第６図は第１図における視覚認識システム６での画像処
理の流れを示す。

第６図において、ビデオカメラ７は、少なくとも第１図
における位置決めされた被組付部品８の全面を含む領域
が撮像されており、その出力画像信号は、モニタ（図示
せず）に供給されるとともに、画像処理装置２９に供給
される。

画像処理装置２９においては、まず、供給された画像信
号を処理して対象となる部品取付点を含むウィンドウを
設定する（ステップ３０）。

第７図はモニタ３４に表示された画像３５を示しており
、３６．３７が夫々対象とする部品取付点とする。もち
ろん、ほかにも部品取付点があることはいうまでもない
、これら部品取付点３６゜３７毎にウィンドウ３８．３
９が設定される。これらウィンドウ３８．３９は、夫々
部品取付点３６゜３７をほかの部品取付点と区分するた
めに設けられる。また、部品取付点が可動である場合、
これに対するウィンドウ３７．３８はこの部品取付点が
位置可能な全ての領域を含むように設定される。

ここでは、部品取付点３６が可動であるとしており、ウ
ィンドウ３Ｂはこの部品取付点３６が移動できる全領域
を含んでいる。なお、この場合には、組付部品１３（第
１図）は部品取付点３６．３７に取りつけられるもので
あることはいうまでもない。

部品取付点３６．３７に対してウィンドウ３８゜３９が
設定されると、次に、ウィンドウ３８．３９内の画像処
理が行なわれ、部品取付点３６．３７が検出されて夫々
の重心位置が求められる（ステップ３１）、この場合、
第７図に示す画面３５上には固定したＸ−Ｙ座標系が設
定されており、部品取付点３６．３７の重心位置はこの
座標系の座標として求められる。

次に、得られた重心位置データにもとづいて、組付部品
１３（第１図）を部品取付点に取りつけるに際しての組
付部品１３の姿勢が判定される（ステップ３２）。

この姿勢の判定に際しては、組付部品１３が被組付部品
８（第１図）に取りつけられるときの組付部品１３の基
準姿勢が設定されており、部品取付点３６がずれること
によって生ずる組付部品１３の姿勢の基準姿勢からのず
れが判定されるのである。この判定データ３３が出力さ
れる。

第８図は第１図における組付ロボット４を示す斜視図で
あって、４０はロボット制御装置、４１はロボット本体
、４２は支持体、４３．４４はアーム、４５．４６は回
動輪、４７は上下移動軸である。

同図において、組付ロボット４はロボット制御装置４０
とロボット本体４１とからなっている。

ロボット本体４１は、主として、支持体４２と、支持体
４２に設けられた回動軸４５に水平方向（矢印Ｂ、Ｂ’
方向）に回動可能に取り付けられたアーム４３と、この
アーム４３の先端に設けられた回動軸４６に水平方向（
矢印ｃ、ｃ’方向）に回動可能に取りつけられたアーム
４４と、このアーム４４の先端に上下方向（矢印り、Ｄ
’方向）に移動可能に取りつけられた上下移動軸４７と
、この上下移動軸４７の先端に取りつけられ水平方向（
矢印Ｅ、Ｂ’方向）に回軸可能なハンド４８とからなる
４自由度の水平多関節形ロボットである。

かかる構成のロボット本体４１はロボット制御装置４０
によって制御される。この制御により、ハンド５はマガ
ジン１２（第１図）中の組付部品１３を把持し、上下移
動軸４７が矢印り方向に上昇することによってこれを持
上げる０次いで、アーム４３が回動輪４５に対し、また
、アーム４４が回動輪４６に対して夫々水平方向に回動
し、これによって、組付部品１３がマガジン１２から位
置決めされている被組付部品８（第１図）の部品取付点
まで搬送される。そして、上下移動軸４７が矢印Ｄ′方
向に移動して組付部品１３が降下し、被組付部品８の部
品取付点に取りつけられる。

以上、この実施例における各部の構成について説明した
が、次に、この実施例における部品取付動作について第
９図および第１０図により説明する。

まず、組付作業を開始する前に、この作業の準備段階と
して、組付ロボット４による組付部品１３の搬送経路と
その組付部品１３の被組付部品８への取付時における基
準姿勢とを設定するための操作が行なわれる。

これは、最初の被組付部品８を、第２図および第３図で
説明したように、位置決めし、これをビデオカメラ７で
監視しながら、モニタと一体となったキーボード４８を
操作することによって行なわｉ、る、すなわち、ビデオ
カメラ７の撮像画像はキーボー！ｆ４Ｂのモニタ上に表
示されるが、この表示画像をみながらキーボード４８を
操作し、第１Ｏ図に示すように、ビデオカメラ７の撮像
領域を被組付部品８の対象となる部品組付点を含む領域
４９とする。なお、領域５０はロボット本体４１のハン
ド５が移動し得るＷ域である。

しかる後、キーボード４８を操作することにより、画像
処理装置２９を動作させて、第６図で説明したように、
各部品取付点に対するウィンドウの設定（ステップ３０
）、重心位置の算出（ステップ３１）を行なう、これら
のデータはロボット制御装置４０に送られる。

ここで、第１図において、マガジン１２に収納される各
組付部品１３の位置は決まっており、また、それらの被
組付部品８への組付順序はロボット制御袋Ｗ４０のソフ
トウェアによって決まっている。

そこで、上記の動作により、被組付部品８上の部品取付
点の位置がロボット制御装置４０に取り込まれると、こ
の位置とマガジン１２の各組付部品１３の位置とから、
各組付部品１３に対する搬送経路が設定される。また、
検出された部品取付点の位置から、この部品取付点に組
付部品１３を取付ける場合のこの組付部品１３の姿勢が
決定され、この姿勢が基準姿勢となる。すなわち、いま
、被組付部品８上の対象となる部品取付点が２つあって
、最初に位置決めされた被組付部品Ｂの２つの部品取付
点３６．３７が第７図に示すように位置していたとする
と、組付部品１３の基準姿勢はそれがこれら部品取付点
３６．３７に取付けられ得る姿勢である。また、ここで
、第７図において、部品取付点３７は固定されており、
部品取付点３６は可動であるものとする。したがって、
部品取付点３６は、被組付部品８（第１図）の移動中、
振動などによってその位置が変わることになる。この場
合、説明を簡明にするために、ロボット本体４１のハン
ド５は組付部品１３の固定された部品取付点３７に取付
けられる部分を把持するものとする。したがって、組付
部品１３を搬送するためのハンド５の移動経路は、マガ
ジン１２上の各組付部品１３の収納位置から部品取付点
３７までの経路である。もちろん、ハンド５による組付
部品１３の把持個所はこれ以外でもよく、これに応じて
ハンド５の移動経路の多少異なってくる。

なお、基準姿勢としては、上記の方法以外の方法によっ
て設定してもよい、たとえば、上記のように、ビデオカ
メラ７の視野が決まると、ライトベンなどによってキー
ボード４８上のモニタ画像の所定位置を各部品取付点毎
に指示し、この位置を基準姿勢を決める各部品取付点の
基準位置とすることもできる。

以上の準備動作により、ロボット制御袋１４０には、各
組付部品１３に対するハンド５の移動経路およびこれら
の基準姿勢のデータが保持される。

また、画像処理装置２９には、各部品取付点３６゜３７
に対するウィンドウ：Ｈｌ、　　３９　（第７図）およ
び各部品取付点３６．３７の基準姿勢における重心座標
のデータが保持される。

以上の準備動作が完了し、次に、キーボード４８を操作
して部品取付作業を開始させると、被組付部品８の搬送
、位置決めとこの被組付部品８への組付部品１３の組付
けとが繰り返えされる。

この際、ハンド５が組付部品１３を把持するためにマガ
ジン１２上へ移動したとき、第６図および第７図で説明
したように、画像処理語Ｗ１２９は起動し、ビデオカメ
ラ７の撮像領域３５中の各部品取付点３６．３７毎にウ
ィンドウ３８．３９を設定しくステップ３０）、夫々の
ウィンドウ３８゜３７内のデータを解析して部品取付点
３６．３７の重心座標を求め（ステップ３１）、基準姿
勢における重心座標との差を検出して組付部品１３の姿
勢を判定する（ステップ３２）、この判定データ３３が
ロボット制御１ＭＩｆ４０に送られる。

そこで、いま、可動の部品取付点３６が位置ずれして破
線３６′に示す位置にあるとするには、部品取付点３６
に対してこの位置ずれ分が、また、部品取付点３７に鮒
して位置ずれが零とする判定データ３３がロボット制御
装置Ｆ４０に供給される。

これにより、ハンド５は、その経路を移動中、あるいは
組付部品１３の取付時、第８図の矢印Ｅ。

Ｅ′方向に回動し、組付部品１３は部品取付点３６’、
３７に取りつけられるように姿勢修正される。

このようにして、部品取付点が位置を変えても、その部
品取付点に組付部品を取付けることができ、しかも、組
付部品がとるべき姿勢の判定はロボット本体４１のハン
ド５がマガジン１２の方へ移動しているときに開始され
、組付部品１３の姿勢修　　正は、取りつけられるとき
には、既に終了していることから、組付作業は迅速に行
なわれる。また、同じ被組付部品で部品取付点を変えて
も、他の興なる被組付部品に対しても、各組付部品の搬
送経路や基準姿勢を設定することにより、組付作業が可
能となり、フレキシプリティに優れている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、位置が変化する
部品取付点を有する被組付部品への組付部品の組付けが
、自動的にかつ迅速に行なうことができ、量産品の高速
組立、ローコスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による視覚付きロボットによる組立装置
の一実施例を示す斜視図、第２図は第１図における被組
付部品の位置決め装置を示す平面図、第３図は第２図の
矢印六方向からみた側面図、第４図は第１図における部
品供給装置を示す平面図、第５図はその側面図、第６図
は第１図における視覚認識システムの画像処理を示す図
、第７図は第１図におけるビデオカメラによる被組付部
品の損傷画面を示す模式図、第８図は第１図における組
付ロボットを示す斜視図、第９図は第１図における組付
ロボット、視覚認識システム間の関係を示すブロック図
、第１Ｏ図は第１図におけるビデオカメラの撮像領域、
組付ロボットのハンドの移動領域を示す平面図である。 １・・・製品搬送装置、３・・・部品供給装置、４・・
・組付ロボット、５・・・ハンド、６・・・視覚認識シ
ステム、７・・・ビデオカメラ、８・・・被組付部品、
１０．１１・・・検出スイッチ、１２・・・マガジン、
１３・・・組付部品、２９・・・画像処理装置、３６．
３６’、３７・・・部品取付点、４０・・・ロボット制
御装置、４１・・・ロボット本体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被組付部品を搬送し所定位置に一定の姿勢で位置決
   めする製品搬送装置と、複数個の組付部品が収納された
   マガジンを搬送し所定位置に一定の姿勢で位置決めする
   部品供給装置と、位置決めされた前記被組付部品上の対
   象とする部品取付点を含む所望領域を撮像するビデオカ
   メラを有し該ビデオカメラの出力信号を処理して該部品
   取付点に取りつけるべき前記組付部品の姿勢を判定する
   視覚認識システムと、前記マガジンに収納された前記組
   付部品を把持して前記被組付部品まで搬送し該視覚認識
   システムの判定データにもとづいて搬送された該組付部
   品の姿勢を修正して前記部品取付点に取りつける組付ロ
   ボットとからなり、位置が変化する前記部品取付点を有
   する前記被組付部品に対しても、前記組付部品を組付け
   ることができるように構成したことを特徴とする視覚付
   きロボットによる組立装置。