JP2005011580A - コネクタ把持装置、同装置を備えたコネクタ検査システム及びコネクタ接続システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1ロボット10を動作させ、第1ハンド11のロール対でコネクタ付きケーブル1の中途部位を挟んだ後(S1)、第1ロボット10の動作により第1ハンド11をコネクタ3に接近させて、コネクタ3を固定する(S2)。第1カメラ31でコネクタ3の画像を取得し、コネクタ3の位置・姿勢を求める(S3)。その位置・姿勢データに基づいて補正された把持位置へ第2ロボット20を移動させ、コネクタ3の外周部分を第2ハンド21で把持する(S4)。第1カメラ31でコネクタ3の画像を取得し、コネクタ3の検査を行なう(S5)。第2カメラ32を用いて相手コネクタ6の位置・姿勢のデータを取得し、第2ハンド21の位置・姿勢を補正して、コネクタ3を相手コネクタ6に接続することも出来る。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタ付きケーブルのコネクタの検査及び接続作業に関連した自動化技術に関し、更に詳しく言えば、ハンドを装備したロボット、視覚センサ等を用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタを的確に把持する装置、及び、同装置を用いたコネクタ検査システムとコネクタ接続システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
諸装置の組立工程等で必要になる作業の1つとして、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業がある。図1はコネクタ付きケーブルと、同コネクタ付きケーブルのコネクタが接続される別のコネクタ(以下、「相手コネクタ」と言う)を例示したものである。同図に示したように、コネクタ付きケーブル1の一方の端部(先端部)2にはコネクタ3が設けられ、同コネクタ3と反対側の端部(根元部)4は基板等の部材5に固定されている。一方、相手コネクタ6は、同部材5上に設けられている。
【0003】
このような場合において、コネクタ付きケーブル1の接続作業を行なうには、コネクタ付きケーブル1のコネクタ3を把持し、相手コネクタ6に係合(嵌合、差込み等)すれば良いことになるが、一般に、コネクタ付きケーブル1には曲げやねじれの変形自由度、工作精度の誤差等があるため、多数のコネクタ付きケーブル1と相手コネクタ6を付けた部材5を順次ほぼ一定の位置に一定の姿勢で供給しても、コネクタ付きケーブル1のコネクタ3の位置・姿勢にはかなり大きなばらつきが生じることが避けられない。
【0004】
そのため、このようなコネクタ付きケーブル1の接続作業をロボットを用いて行なおうとした場合、コネクタ付きケーブル1に付属したコネクタ6を的確に把持することが先ず容易でなく、それに伴って接続作業のロボットによる自動化を困難にしていた。そして、このようなコネクタ付きケーブル側のコネクタの位置・姿勢の不定性に由来する問題を簡単に解決する技術は未提案で、結局、人手による作業に頼っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の1つの目的は、ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを的確に把持することが出来る把持装置を提供することにある。また、本発明は、この把持装置と視覚センサを利用して、把持したコネクタの検査を行なうことができるコネクタ検査システムを提供するとともに、把持したコネクタを相手コネクタに接続するコネクタ接続システムを提供することを併せて企図するものである。更に別の観点から言えば、本発明は、これら装置及びシステムの提供を通して、コネクタ付きケーブルのコネクタ検査作業や接続作業の自動化を容易なものとし、アセンブリング作業等の工数削減や作業品質の安定化を可能にしようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コネクタ付きケーブルのコネクタをいきなり把持するのではなく、位置・姿勢の不定性が先端部(コネクタ側の端部)に比べて小さいケーブルの途中部位(先端部と根元部の中途部位)を第1のロボットハンドで把持し、しかる後にロボットハンドをケーブルを緩く把持したままコネクタ側へ移動させることで、コネクタを所定範囲内に固定し、第2のロボットハンドによって同コネクタを把持するという手法を採用することで、上記従来技術における困難性を克服したものである。
【0007】
所定範囲内に固定(拘束)されたコネクタの正確な位置・姿勢は第1の視覚センサによって検出することができ、その検出結果に基づいて把持を実行することが出来る。また、第2の視覚センサを用いて、把持されたコネクタの検査を行なうことも出来る。更に、把持されたコネクタを相手コネクタに係合することも出来る。
より具体的に言えば、本発明は先ず、ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを把持する装置に適用される。
【0008】
本発明の特徴に従い、把持装置は、第1ハンドを備えた第1ロボットにより、第1ハンドの把持部で前記コネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、前記把持部を該ケーブルに接触させた状態のまま該ケーブルに対して前記コネクタに接近する方向に移動させることにより、前記コネクタの位置を一定の空間範囲内に拘束する手段と、該一定の空間範囲内に拘束されたコネクタの位置姿勢を検出する第1視覚センサと、前記検出された位置姿勢に基いて、第2ロボットに付けられた第2ハンドにより、前記コネクタを把持する手段とを備える。
【0009】
ここで、前記ケーブルの形状が平板状であり、前記一定の空間領域内に拘束された前記コネクタの位置姿勢が、前記平板状のケーブルの向きに対応して近似的に第1の位置姿勢と第2の位置姿勢のいずれかに限定される場合に、前記第1視覚センサは、前記コネクタが前記第1の位置姿勢及び前記第2の位置姿勢の内、何れに近似的に一致しているかを判断するものを採用することが出来る。
第1ハンドの把持部としては、典型的には、2つのローラから成るものが採用される。また、前記第1視覚センサの撮像部は前記第2ロボットに搭載することが出来る。
【0010】
次に、上記したコネクタ把持装置と、該コネクタ把持装置によって把持されたコネクタを検査するための第2視覚センサを組合わせることで、本発明の特徴を備えたコネクタ検査システムを構成することが出来る。ここで、前記第2視覚センサの撮像部は、前記第1ロボットに搭載することが出来る。また、前記第1視覚センサの制御部に、前記第2視覚センサの制御部を兼ねさせることも出来る。
【0011】
更に、上記したコネクタ把持装置と、同コネクタ把持装置によって把持されたコネクタの位置姿勢を検出する第2視覚センサにより前記第2ハンドによる前記コネクタの掴みずれを求める手段と、該求められた掴みずれに基いて前記第2ロボットの位置姿勢を補正し、前記第2ハンドにより前記コネクタを所定位置姿勢にある相手コネクタに接続する手段とを組合わせることで、本発明の特徴を備えたコネクタ接続システムを構成することが出来る。ここで、前記第2ハンドによる前記コネクタの掴みずれは、前記第2視覚センサにより検出された前記コネクタの位置姿勢と該検出時の前記第2ハンドの位置姿勢とに基いて求めることが出来る。
【0012】
また、前記第2視覚センサの撮像部は、前記第1ロボットに搭載することが出来る。更に、前記相手コネクタの位置姿勢を検出する第3視覚センサを設け、該検出された位置姿勢を前記所定位置姿勢とすることも出来る。そして、前記第2視覚センサに前記第3視覚センサを兼ねさせることも可能である。前記第1視覚センサの制御部に、前記第2視覚センサの制御部及び前記第3視覚センサの制御部を兼ねさせることも出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
図2は本発明の実施形態に係るシステムの配置の要部を示した図である。同図を参照すると、本実施形態において検査あるいは接続作業の対象となるコネクタ付きケーブルを装備した基板ワークは、図示を省略した適当な供給・搬送手段により、テーブル(ワーク置き台)50に順次供給される。コネクタ付きケーブル1及び基板5は図1に示したと同様のものである。
【0014】
即ち、コネクタ付きケーブル1の一方の端部(先端部)2にはコネクタ3が設けられ、同コネクタ3と反対側の端部(根元部)4は基板5に固定されている。一方、相手コネクタ6は、同部材5上に設けられている。これらコネクタ付きケーブル1、基板5及び相手コネクタ6を含む基板ワークは、テーブル50上で粗い精度で位置決めされている。従って、コネクタ付きケーブル1の根元側のが設けられ、同コネクタ3と反対側の端部(根元部)4の位置及びそこから延びるコネクタ付きケーブル1は、同端部(根元部)4の周辺ではほぼ一定している。しかし、先端部2に近付くにつれてコネクタ付きケーブル1の個体毎のばらつきが大きくなり、基板5がテーブル50上で位置決めされていても、コネクタ3の位置・姿勢のとり得る範囲はかなりの広範囲にわたる。
【0015】
このような状態で供給される基板ワークに対して検査作業あるいは接続作業を行なうために、テーブル50の周辺に第1ロボット10及び第2ロボット20が配備される。第1ロボット10のアーム先端には第1ハンド11が取り付けられ、第2ロボット20のアーム先端には第2ハンド21が取り付けられている。なお、各ロボット10、20は、図示の都合上、アーム先端周辺のみ図示した。
【0016】
第1ハンド11には、コネクタ付きケーブル1の中途部位を挟むことができ、且つ、その挟んだ状態でハンド11に対してケーブルをハンドに対して滑らせることができるものを採用する。ここでは図示したように、2対の回転自在なロールからなる把持部を有するハンドが採用されている。一方、第2ハンド21には、コネクタ3をしっかり固定的に把持できるものを採用する。また、各ロボット10、20にはそれぞれカメラが1台ずつ視覚センサの撮像部として搭載されており、説明の都合上、第2ロボット20に搭載されたカメラ31を第1カメラと呼び、第1ロボット10に搭載されたカメラ32を第2カメラと呼ぶことにする。
【0017】
図3は、上記した配置を持つシステムの構成を説明するブロック図である。同図において、符号12は第1ロボット10(図1参照)を制御する第1ロボット制御装置を表わし、符号22は第2ロボット20(図1参照)を制御する第2ロボット制御装置を表わしている。なお、図3において、第1ロボット10、第2ロボット20及びそれらロボットと各ロボット制御装置12、22との接続のラインの描示は省略した。
【0018】
両ロボット制御装置12、22は、通信回線61で結ばれる一方、パーソナルコンピュータで構成される視覚センサ制御部30とネット回線62、63で結ばれており、ロボット10、20相互間、及び、各ロボット10、20と視覚センサ制御部30との間で必要な指令やデータをやり取りできるように構成されている。また、第1カメラ31及び第2カメラ32は、それぞれシリアル信号用の回線64、65で視覚センサ制御部30と結ばれており、各カメラ31、32は、視覚センサ制御部30からの撮像指令で撮像を行い、画像を視覚センサ制御部30に送るようになっている。
【0019】
視覚センサ制御部30は、周知の画像処理機能を有するもので、後述するように、第1カメラ31あるいは第2カメラ32で得られた画像を解析して、コネクタ3の位置・姿勢、コネクタ3の異常判定(検査)、相手コネクタ6の位置・姿勢などを算出し、第1ロボット制御装置12あるいは第2ロボット制御装置22に送る。更に、第1ハンド11、第2ハンド21は、それぞれ第1ロボット制御装置12、第2ロボット制御装置22に接続され、各ロボット制御装置からの信号によって開閉制御されるようになっている。
【0020】
以下、上記したシステムを用いて、コネクタ3の検査を行なうケース及びコネクタ3の相手コネクタ6への接続を行なうケースについて、その手順の要点を説明する。また、下記に説明する動作ステップの準備として、図2中に符号P1、P2で示した位置(姿勢を含む)を第1ロボット10(第1ロボット制御装置12)に予め教示しておく。
【0021】
また、符号P3で示した位置(姿勢を含む)を第2ロボット20(第2ロボット制御装置22)に予め教示しておく。ここで、P1は、第1ハンド11で最初にコネクタ付きケーブル1の中途部位を把持(挟持)する位置に対応し、P2は、第1ハンド11をコネクタ付きケーブル1の中途部位を把持(挟持)した後、第1ハンド11をコネクタ3に接近させるために指定される教示点で、コネクタ3が存在する平均的な位置から小距離点P1に寄った点に設定される。P1P2間の距離は、把持した中途部位から先端部2までの距離より少し小さくなる。更に、P3は、コネクタ3が存在する平均的な位置に対応した第2ハンド21による把持位置に対応する。なお、図2中に併記したように、各ロボットのツール先端点H、Kは、各ハンド11、21の把持点付近に設定されている。
【0022】
先ず図4を参照すると、コネクタ3の検査を行なう手順が、矢印で順次受け継がれる態様で3つの状態図で描かれており、各状態図に関連する各動作ステップが、四角で囲って記したS1〜S5で記されている。各動作ステップの要点は下記の通りである。
【0023】
ステップS1;第1ロボット10の動作により第1ハンド11を点P1に移動させ、ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル1の中途部位を挟む。
ステップS2;ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル1の中途部位を挟んだまま、第1ロボット10の動作により第1ハンド11を点P2まで移動させる。これにより、コネクタ3はほぼ定位置に固定される。換言すれば、コネクタ3の位置・姿勢の不定さが著しく低下する。
ステップS3;視覚センサ制御部30から第1カメラ31に撮像指令を送り、固定されたコネクタ3を視野に収めた画像を取得し、コネクタ3のより正確な位置・姿勢を求める。
【0024】
ステップS4;第2ロボット20の動作により第2ハンド21を「補正された点P3」に移動させ、第2ハンド21でコネクタ3の外周部分を把持する。ここで、「補正された点P3」とは、ステップS3で得たコネクタ3の位置・姿勢のデータに基づいて点P3を補正した位置・姿勢のことである。
【0025】
なお、コネクタ付きケーブル1が平板状の場合、ステップS1での把持は、「表向き」(図2に示した向き)か、あるいは、「うら向き」(図2に示した向きをひっくり返した向き)のいずれかとなるので、ステップS3ではそのいずれであるかを求め、そのデータをステップS4で利用しても良い。その場合、もし、「裏向き」であれば、補正により、第2ハンド21の姿勢は手首軸の回転で180度反転された把持姿勢をとることになる。
【0026】
ステップS5;視覚センサ制御部30から第2カメラ32に撮像指令を送り、外周部分を第2ハンド21で把持されたコネクタ3を視野に収めた画像を取得し、コネクタ3の検査を行なう。検査は、例えば形状の異常、寸法の異常などについて行なう。このような検査のためのソフトウェアは周知なので詳細説明は省略する。
【0027】
次に、コネクタ3を相手コネクタ6に接続する作業を行なうケースについて、図5、図6を参照して説明する。作業の手順は、矢印で順次受け継がれる態様で5つの状態図で図5、図6にまたがって描かれており、各状態図に関連する各動作ステップが、四角で囲って記したSS1〜SS65で記されている。各動作ステップの要点は下記の通りである。
【0028】
ステップSS1;第1ロボット10の動作により第1ハンド11を点P1に移動させ、ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル1の中途部位を挟む。ステップSS2;ロール対からなる把持部でコネクタ付きケーブル1の中途部位を挟んだまま、第1ロボット10の動作により第1ハンド11を点P2まで移動させる。これにより、コネクタ3はほぼ定位置に固定される。換言すれば、コネクタ3の位置・姿勢の不定さが著しく低下する。
ステップSS3;視覚センサ制御部30から第1カメラ31に撮像指令を送り、固定されたコネクタ3を視野に収めた画像を取得し、コネクタ3のより正確な位置・姿勢を求める。
【0029】
ステップSS4;第2ロボット20の動作により第2ハンド21を「補正された点P3」に移動させ、第2ハンド21でコネクタ3の外周部分を把持する。ここで、「補正された点P3」とは、ステップS3で得たコネクタ3の位置・姿勢のデータに基づいて点P3を補正した位置・姿勢のことである。
【0030】
なお、コネクタ付きケーブル1が平板状の場合、上記した検査作業のケースと同様に、ステップSS1での把持は、「表向き」(図2に示した向き)か、あるいは、「裏向き」(図2に示した向きをひっくり返した向き)のいずれかとなるので、ステップSS3ではそのいずれであるかを求め、そのデータをステップS4で利用しても良い。その場合、もし、「裏向き」であれば、補正により、第2ハンド21の姿勢は手首軸の回転で180度反転された把持姿勢をとることになる。
【0031】
ステップSS5;視覚センサ制御部30から第2カメラ32に撮像指令を送り、外周部分を第2ハンド21で把持されたコネクタ3を視野に収めた画像を取得し、コネクタ3の位置・姿勢を検出する。この検出データには、相手コネクタ6と係合する部分の位置、姿勢を表わすデータが含まれる。また、視覚センサ制御部30から第2カメラ32に撮像指令を送り、相手コネクタ6を収めた画像を取得し、相手コネクタ6の位置・姿勢を検出する。この検出データには、相手コネクタ6の、コネクタ3との係合部分の位置、姿勢を表わすデータが含まれる。
【0032】
ステップSS6;ステップSS5で得たデータを利用して、第2ロボット20を移動させ、第2ハンド21で把持されたコネクタ3を相手コネクタ6に接続する。接続が終わったら、第2ハンド21で把持状態を解放し、第2ロボット20を退避させる。なお、第1ロボット10も、適時(例えば第2ロボット20が相手コネクタ6に接近する前)、退避させる。
【0033】
【発明の効果】
従来は、コネクタ付きケーブルのコネクタの位置・姿勢が定まらず、これを把持する工程の白動化が困難であったが、本発明によりこの把持作業を的確に達成できる自動化が実現した。また、同把持の自動化に伴い、コネクタ検査や相手コネクタとの接続作業の自動化も容易に達成可能となり、それら作業に要する工数削減や作業品質の安定化を実現出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】コネクタ付きケーブルと相手コネクタを設けた部材を例示した図である。
【図2】本発明の実施形態に係るシステムの配置の要部を示した図である。
【図3】本発明の実施形態に係るシステムの構成を説明するブロック図である。
【図4】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの検査作業を行なう際の動作について説明するプロセス図である。
【図5】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業を行なう際の動作の前半について説明するプロセス図である。
【図6】本発明の実施形態に係るシステムを用いて、コネクタ付きケーブルのコネクタの接続作業を行なう際の動作の後半について説明するプロセス図である。
【符号の説明】
1 コネクタ付きケーブル
2 コネクタ付きケーブルの一方の端部(先端部)
3 コネクタ(コネクタ付きケーブル付属)
4 コネクタ付きケーブルと反対側の端部(根元部)
5 基板(部材)
6 相手コネクタ
10 第1ロボット
11 第1ハンド(第1把持手段)
12 第1ロボット制御装置
20 第2ロボット
21 第2ハンド(第1把持手段)
22 第2ロボット制御装置
30 視覚センサ制御部(パーソナルコンピュータ)
31 第1カメラ(第1撮像部)
32 第2カメラ(第2撮像部)
50 テーブル
61 通信回線
62、63 ネット回線
64、65 通信回線(シリアル信号)
Claims (13)
- ケーブルと該ケーブルに装備されたコネクタとを有するコネクタ付きケーブルの前記コネクタとは反対側の前記ケーブルの端部が部材に取付けられた状態にあるときに、該コネクタを把持する装置において、
第1ハンドを備えた第1ロボットにより、第1ハンドの把持部で前記コネクタ付きケーブルの途中部位を把持し、前記把持部を該ケーブルに接触させた状態のまま該ケーブルに対して前記コネクタに接近する方向に移動させることにより、前記コネクタの位置を一定の空間範囲内に拘束する手段と、
該一定の空間範囲内に拘束されたコネクタの位置姿勢を検出する第1視覚センサと、
前記検出された位置姿勢に基いて、第2ロボットに付けられた第2ハンドにより、前記コネクタを把持する手段とを備えたことを特徴とする、コネクタ把持装置。 - 前記ケーブルの形状が平板状であることにより、前記一定の空間領域内に拘束された前記コネクタの位置姿勢が、前記平板状のケーブルの向きに対応して近似的に第1の位置姿勢と第2の位置姿勢のいずれかに限定される場合において、
前記第1視覚センサは、前記コネクタが前記第1の位置姿勢及び前記第2の位置姿勢の内、何れに近似的に一致しているかを判断することを特徴とする、請求項1に記載のコネクタ把持装置。 - 前記第1ハンドの把持部は、2つのローラから成ることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のコネクタ把持装置。
- 前記第1視覚センサの撮像部が、前記第2ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項1乃至請求項3の内、何れか1項に記載のコネクタ把持装置。
- コネクタ把持装置と、該コネクタ把持装置によって把持されたコネクタを検査するための第2視覚センサを備えたコネクタ検査システムであって、
前記コネクタ把持装置は、請求項1乃至請求項4の内何れか1項に記載のコネクタ把持装置であることを特徴とする、コネクタ検査システム。 - 前記第2視覚センサの撮像部が、前記第1ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項5に記載のコネクタ検査システム。
- 前記第1視覚センサの制御部が、前記第2視覚センサの制御部を兼ねていることを特徴とする、請求項5または請求項6に記載のコネクタ検査システム。
- 請求項1乃至請求項4の内、何れか1項に記載のコネクタ把持装置によって把持されたコネクタを相手コネクタに接続するコネクタ接続システムであって、
前記コネクタ把持装置により把持されたコネクタの位置姿勢を検出する第2視覚センサと、
該第2視覚センサにより前記第2ハンドによる前記コネクタの掴みずれを求める手段と、
該求められた掴みずれに基いて前記第2ロボットの位置姿勢を補正し、前記第2ハンドにより前記コネクタを所定位置姿勢にある相手コネクタに接続する手段とを備えたことを特徴とする、コネクタ接続システム。 - 前記第2視覚センサにより検出された前記コネクタの位置姿勢と該検出時の前記第2ハンドの位置姿勢とに基いて前記第2ハンドによる前記コネクタの掴みずれが求められることを特徴とする、請求項8に記載のコネクタ接続システム。
- 前記第2視覚センサの撮像部が、前記第1ロボットに搭載されたことを特徴とする、請求項8または請求項9に記載のコネクタ接続システム。
- 前記相手コネクタの位置姿勢を検出する第3視覚センサを備え、
該検出された位置姿勢を前記所定位置姿勢とすることを特徴とする、請求項8乃至請求項10の内、何れか1項に記載のコネクタ接続システム。 - 前記第2視覚センサが前記第3視覚センサを兼ねることを特徴とする、請求項11に記載のコネクタ接続システム。
- 前記第1視覚センサの制御部が、前記第2視覚センサの制御部及び前記第3視覚センサの制御部を兼ねることを特徴とする、請求項8乃至請求項12の内、何れか1項に記載のコネクタ接続システム。
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