JP2018153891A - ワイヤーハーネス加工装置及びワイヤーハーネスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット装置によってワイヤーハーネスの製造を行う際に、ロボット装置が特異点異常によって作業中断することを抑制することを目的とする。
【解決手段】第１コネクタから延出する第１電線と第２コネクタから延出する第２電線とを寄せ集めるワイヤーハーネス加工装置であって、ロボットハンドとロボットアームとを有するロボット装置と、電線の経路情報を取得する経路情報取得部と、電線の経路情報に基づいて、ロボットハンドが電線を寄せ集める際の把持点を求め、閉じられた第１把持爪及び第２把持爪の間に把持点を配設した状態で、ロボットハンドが取り得る複数の姿勢候補を特定し、複数の姿勢候補のそれぞれに対応するロボットアームの可操作度に基づいて寄せ集める姿勢を決定する寄せ集め姿勢特定部と、ロボットハンドが決定された寄せ集める姿勢に従って電線を寄せ集めるように、ロボット装置を制御するロボット制御部とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、ワイヤーハーネスをロボット装置によって製造する技術に関する。

特許文献１は、ワーク表面を研削又は研磨により仕上げ加工する加工ロボットの加工軌道を生成する加工軌道生成装置であって、ワーク表面の加工点において、ＴＣＰ位置と工具軸方向ベクトルを維持したままとりうる、６軸ロボットアームの複数の姿勢から、特異姿勢や外部との干渉のない姿勢を選択する技術を開示している。

特許文献２は、画像取得システムによって、ワイヤーハーネスを構成する電線群を認識するための画像データを取得し、その認識結果に基づいて、ロボットハンドによって複数の電線を寄せ集める動作等を行わせることを開示している。

特開２０１６−００２６２７号公報 特開２０１６−１９２１３５号公報

ところで、ワイヤーハーネスを構成する電線は、長尺な柔軟物である。このため、一定位置に位置決め保持されたコネクタから延出する電線は、様々な位置に存在し得る。一方、ロボット装置が動作を行うにあたっては、特異点といった制約がある。

このため、特許文献２のように、電線の位置を、画像取得システムによって認識し、その認識結果に基づいて、電線を取扱うロボット装置の動作を制御したとしても、作業途中でロボット装置の動作続行が不可能となってしまう場合がある。

ここで、特許文献１は、ワーク表面の加工点において、ＴＣＰ位置と工具軸方向ベクトルを維持したままとりうる、６軸ロボットアームの複数の姿勢から、特異姿勢や外部との干渉のない姿勢を選択する技術である。このため、加工対象となる電線自体が様々な位置に存在し得る場合において、特異点を回避する技術としては適用できない。

そこで、本発明は、ロボット装置によってワイヤーハーネスの製造を行う際に、ロボット装置が特異点異常によって作業中断することを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様は、第１コネクタから延出する第１電線と第２コネクタから延出する第２電線とを寄せ集めるワイヤーハーネス加工装置であって、開閉可能な第１把持爪及び第２把持爪を含むロボットハンドと、前記ロボットハンドを動かす複数の関節を含むロボットアームとを有するロボット装置と、前記第１電線及び前記第２電線の経路情報を取得する経路情報取得部と、前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める際の把持点を求め、閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記ロボットハンドが取り得る複数の姿勢候補を特定し、前記複数の姿勢候補のそれぞれに対応する前記ロボットアームの可操作度に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める姿勢を決定する寄せ集め姿勢特定部と、前記ロボットハンドが、前記寄せ集め姿勢特定部で決定された寄せ集める姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めるように、前記ロボット装置を制御するロボット制御部と、を備える。

第２の態様は、第１の態様に係るワイヤーハーネス加工装置であって、前記寄せ集め姿勢特定部は、前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記第１電線及び前記第２電線を結ぶ面の、前記把持点における法線方向を特定し、閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向が前記法線方向と一致し、かつ、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向が前記第１電線及び前記第２電線が並ぶ方向に一致した姿勢を第１姿勢候補とし、前記第１姿勢候補から前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向と前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向とに直交する軸周りに回転させた少なくとも１つの姿勢を少なくとも１つの第２姿勢候補として特定するものである。

第３の態様は、第１又は第２の態様に係るワイヤーハーネス加工装置であって、３つ以上のコネクタのそれぞれから延出する電線を寄せ集める場合に、前記経路情報取得部は、一方の外側のコネクタから延出する電線を前記第１電線とし、他方の外側のコネクタから延出する電線を前記第２電線として、それらの経路情報を取得するものである。

第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様に係るワイヤーハーネス加工装置であって、前記ロボット制御部は、前記ロボットハンドにより前記寄せ集め姿勢特定部で決定された寄せ集め姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めた後、前記ロボットハンドを前記第１電線及び前記第２電線の延在方向に移動させてそれらをしごくものである。

第５の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様に係るワイヤーハーネス加工装置であって、前記ロボットハンドの前記第１把持爪及び前記第２把持爪の把持可能幅が、前記把持点の両側の前記第１電線及び前記第２電線の間隔よりも小さい場合に、前記ロボットハンドの寄せ集め動作を停止させるものである。

第６の態様は、開閉可能な第１把持爪及び第２把持爪を含むロボットハンドと、前記ロボットハンドを動かす複数の関節を含むロボットアームとを有するロボット装置によって、第１コネクタから延出する第１電線と第２コネクタから延出する第２電線とを寄せ集めてワイヤーハーネスを製造する方法であって、（ａ）前記第１電線及び前記第２電線の経路情報を取得するステップと、（ｂ）前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める際の把持点を求めるステップと、（ｃ）閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記ロボットハンドが取り得る複数の姿勢候補を挙げるステップと、（ｄ）前記複数の姿勢候補のそれぞれに対応する前記ロボットアームの可操作度に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める姿勢を決定するステップと、（ｅ）前記ロボットハンドが、前記ステップ（ｄ）で決定された寄せ集め姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めるステップと、（ｆ）寄せ集められた前記第１電線及び前記第２電線を結束するステップと、を備える。

第１から第６の態様によると、複数の姿勢候補のそれぞれに対応する前記ロボットアームの可操作度に基づいて、前記ロボットハンドが第１電線及び第２電線を寄せ集める姿勢を決定する。可操作度が大きいほど、ロボットハンドは自由に動き得るため、ロボット装置によってワイヤーハーネスの製造を行う際に、ロボット装置が特異点異常によって作業中断することを抑制することができる。

第２の態様によると、閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向が前記法線方向と一致し、かつ、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向が前記第１電線及び前記第２電線が並ぶ方向に一致した姿勢を第１姿勢候補としている。そして、前記第１姿勢候補から前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向と前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向とに直交する軸周りに回転させた少なくとも１つの姿勢を少なくとも１つの第２姿勢候補として特定している。このため、複数の姿勢候補として、第１電線及び第２電線を寄せ集めるのに適した第１姿勢候補及び少なくとも１つの第２姿勢候補を特定できる。

第３の態様によると、３つ以上のコネクタのそれぞれから延出する電線を寄せ集めることができる。

第４の態様によると、寄せ集めた第１電線及び第２電線をしごくことができる。

第５の態様によると、ロボットハンドによる把持ミスを抑制できる。

実施形態に係るワイヤーハーネス加工装置を示す概略斜視図である。 ワイヤーハーネスの一例を示す説明図である。 制御ユニットの機能ブロック図である。 寄せ集め姿勢特定処理例を示すフローチャートである。 寄せ集め姿勢特定処理の説明図である。 寄せ集め姿勢特定処理の説明図である。 寄せ集め姿勢特定処理の説明図である。 寄せ集め作業例を示す説明図である。 寄せ集め作業例を示す説明図である。 ロボット制御部による電線の結束処理例を示すフローチャートである。 寄せ集め作業例を示す説明図である。 寄せ集め作業例を示す説明図である。 しごき作業例を示す説明図である。 結束作業例を示す説明図である。 電線の間隔と把持可能幅との関係を示す説明図である。 ３本以上の電線を寄せ集める作業例を示す説明図である。 ３本以上の電線を順次寄せ集めて結束する作業例を示す説明図である。

以下、実施形態に係るワイヤーハーネス加工装置及びワイヤーハーネスの製造方法について説明する。図１はワイヤーハーネス加工装置２０を示す概略斜視図である。

ワイヤーハーネス加工装置２０は、複数のコネクタ１２から延出する電線１４を寄せ集める装置である。複数の電線１４は、寄せ集められた後、他のロボット装置４６又は人手等によって粘着テープ等の結束部材１８を用いて結束される。これにより、複数の電線１４を含むワイヤーハーネス１０が製造される。

なお、ワイヤーハーネス１０は、図２に示すように、端部にコネクタ１２が取付けられた複数の電線１４を、車両等における配線形態に合わせて分岐及び結束したものである。図２では、２つのコネクタ１２から延出する複数の電線１４が１つに束ねられて結束部材１８によって結束されており、他の２つのコネクタ１２から延出する複数の電線１４が１つに束ねられて結束部材１８によって結束された例を示している。ワイヤーハーネス１０は、車両における配線形態に合わせて、より多数に分岐している場合等があり得る。図２では、各コネクタ１２から延出する電線１４が１本の線で示されているが、実際には、複数の電線１４が含まれている。以下では、必要に応じて、２つのコネクタ１２のうちの一方を第１コネクタ１２Ａ、他方を第２コネクタ１２Ｂと区別し、ワイヤーハーネス加工装置２０が当該第１コネクタ１２Ａから延出する第１電線１４Ａと、第２コネクタ１２Ｂから延出する第２電線１４Ｂとを寄せ集める例を中心に説明する。

ワイヤーハーネス加工装置２０は、作業用支持部２１によって支持されたコネクタ１２から延出する電線１４を寄せ集める装置である。

作業用支持部２１は、コネクタ１２から電線１４が垂れ下がった状態で当該コネクタ１２を保持可能に構成されている。より具体的には、作業用支持部２１は、支持フレーム２２と、コネクタホルダ２４とを備える。支持フレーム２２は、横フレーム２２ａと、支柱２２ｂとを備えており、支柱２２ｂによって、横フレーム２２ａが所定高さ位置で水平姿勢に支持されている。横フレーム２２ａに、複数のコネクタホルダ２４が支持されている。コネクタホルダ２４は、コネクタ１２のうち電線１４が延出する側の背部を外方（ここでは、下方）に露出させた状態で、コネクタ１２を着脱可能に支持する。例えば、コネクタホルダ２４には、コネクタ１２を嵌め込み可能な凹部が形成されており、当該凹部にコネクタ１２を着脱可能に嵌め込むことができる。そして、複数のコネクタホルダ２４によって支持された複数のコネクタ１２から延出する電線１４がＵ字状に垂下がった状態で支持される。

ワイヤーハーネス１０を製造するにあたって、複数の電線１４が端部のコネクタ１２を介して作業用支持部２１によって保持される。

ワイヤーハーネス加工装置２０は、ロボット装置３０と、制御ユニット５０とを備える。ロボット装置３０は、電線１４を寄せ集める動作を行う。ここでは、作業用支持部２１の周りに、結束用ロボット装置４６が設けられており、ロボット装置３０によって寄せ集められた電線１４が、結束用ロボット装置４６によって結束される。

ロボット装置３０は、作業用支持部２１の周りに設けられている。ロボット装置３０は、ロボットハンド４０と、ロボットアーム３２とを備える。

ロボットハンド４０は、開閉可能な第１把持爪４１及び第２把持爪４２を含む。より具体的には、ロボットハンド４０は、ハンド基部４３に対して第１把持爪４１及び第２把持爪４２が開閉可能に設けられている。第１把持爪４１及び第２把持爪４２は、エアシリンダ、油圧シリンダ、電磁アクチュエータ、モータ等によって、互いに接近する方向及び互いに離間する方向に開閉駆動される。第１把持爪４１及び第２把持爪４２が接近することで、複数の電線１４を寄せ集めたり、電線１４を掴んだりすることができる。また、複数の電線１４を軽く掴んだ状態で、ロボットハンド４０を電線１４の延在方向に移動させることで、当該複数の電線１４をしごくことができる。

ロボットアーム３２は、上記ロボットハンド４０を移動させるものであり、一般的な垂直多関節ロボット用アームにより構成されている。ロボットアーム３２の先端部に上記ロボットハンド４０が取付けられている。ロボットアーム３２は、好ましくは、６軸ロボットアームによって構成されている。ここで、ロボットアーム３２は６つの関節を有する６軸ロボットアームである例で説明する。ロボットアーム３２において、ベースから先端側に向かう６つの関節角を、それぞれθ（１）、θ（２）、θ（３）、θ（４）、θ（５）、θ（６）とする。

結束用ロボット装置４６は、上記ロボットアーム３２と同様構成のロボットアーム４７の先端部に結束装置４８が取付けられた構成とされている。結束装置４８としては、例えば、粘着テープを電線１４の束に巻付ける周知のテープ巻付装置、又は、結束バンドを電線１４の束に巻付けるバンド巻付装置等を用いることができる。ワイヤーハーネス加工装置２０が、結束用ロボット装置４６を備えていることは必須ではない。例えば、人手によって電線１４を結束する作業が実施されてもよい。

また、ワイヤーハーネス加工装置２０は、作業用支持部２１によって支持されたコネクタ１２及び電線１４を撮像可能な撮像部３９、４９を備える。撮像部３９、４９は、ＣＣＤカメラ等によって構成されている。撮像部３９、４９は、ステレオカメラ等によって構成されており、電線１４を３次元的に撮像することができる。撮像部３９は、ロボットアーム３２の先端部に設けられ、撮像部４９は、ロボットアーム４７の先端部に設けられている。これにより、ロボットハンド４０による作業領域、結束装置４８による作業領域を適切に撮像することができる。撮像部３９、４９が、ロボットアーム３２、４７に搭載されていることは必須ではなく、支持された全てのコネクタ１２、電線１４を撮像可能なように、作業用支持部２１から離れた位置に設けられていてもよい。

そして、制御ユニット５０が予め記憶した作業プログラムに基づいて、ロボット装置３０、４６の動作制御を行う。この際、制御ユニット５０は、撮像部３９、４９で撮像された画像に基づいて電線１４の経路情報を取得し、当該経路情報に基づいてロボットハンド４０が電線を寄せ集める際の寄せ集め姿勢を決定する。そして、制御ユニット５０が当該寄せ集め姿勢に基づいて電線１４を寄せ集めるように、ロボット装置３０を制御する。また、寄せ集め後に、制御ユニット５０が結束用ロボット装置４６を制御して当該寄せ集められた電線１４を結束する。

制御ユニット５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置等がバスラインを介して相互接続された一般的なコンピュータによって構成されている。ＲＯＭは基本プログラム等を格納しており、ＲＡＭはＣＰＵが所定の手順に従った処理を行う際の作業領域として供される。外部記憶装置は、フラッシュメモリ或はハードディスク装置等の不揮発性の記憶装置によって構成されている。外部記憶装置には、ＯＳ（オペレーションシステム）、どの電線１４同士を寄せ集めるかといった作業指示データ、撮像部３９、４９で撮像された画像に基づいて電線１４の経路情報を認識するプログラム、寄せ集め姿勢を決定するプログラム、寄せ集め姿勢に従って電線１４を寄せ集めるプログラム等を含む加工プログラム等が格納されている。加工プログラムに記述された手順に従って、主制御部としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、ロボット装置３０、結束用ロボット装置４６の動作制御がなされる。例えば、本制御ユニット５０からの制御信号が入出力インターフェースを介してロボット装置３０、結束用ロボット装置４６に与えられ、ロボット装置３０、結束用ロボット装置４６が動作制御される。

図３は制御ユニット５０によって実行される機能を示す機能ブロック図である。同図に示すように、制御ユニット５０は、経路情報取得部５２と、寄せ集め姿勢特定部６４と、ロボット制御部６６としての各機能を備える。また、記憶部６８には、製造対象となるワイヤーハーネス１０の形態に応じた作業箇所、作業内容等を規定した作業指示データ６８ａが格納されており、寄せ集め姿勢特定部６４は、当該作業指示データ６８ａに規定された所定の電線１４を寄せ集める際の寄せ集め姿勢を特定する。また、ロボット制御部６６は、ロボット装置３０、結束用ロボット装置４６を制御して、作業指示データ６８ａに規定された所定の電線１４を寄せ集めて結束する作業を行わせる。

経路情報取得部５２は、撮像部３９（又は４９）で得られた撮像画像から、寄せ集め対象となる第１電線１４Ａ、第２電線１４Ｂの経路情報データを取得する。経路情報取得部５２は、例えば、ステレオカメラ等によって撮像した画像から寄せ集め対象となる第１電線１４Ａ、第２電線１４Ｂの３次元の点群データを取得し、その点群データから各電線１４Ａ、１４Ｂの経路を特定していくこと等によって、電線１４Ａ、１４Ｂの経路情報データを取得することができる。

寄せ集め姿勢特定部６４は、経路情報取得部５２で特定された第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの経路情報に基づいて、ロボットハンド４０が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める際の把持点Ｐを求める。そして、寄せ集め姿勢特定部６４は、閉じられた第１把持爪４１及び第２把持爪４２の間に把持点Ｐを配設した状態で、ロボットハンド４０が取り得る複数の姿勢候補を特定する。次に、寄せ集め姿勢特定部６４は、当該複数の姿勢候補のそれぞれに対応するロボットアーム３２の可操作度ｗに基づいて、ロボットハンド４０が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める姿勢を決定する。寄せ集め姿勢特定部６４による寄せ集め姿勢の決定手法については、後にさらに詳細に説明する。

ロボット制御部６６は、寄せ集め姿勢特定部６４によって決定された寄せ集め姿勢に従って、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めるように、ロボット装置３０を制御する。

また、ロボット制御部６６は、ロボット装置３０のロボットハンド４０によって第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが寄せ集めた状態で把持されている状態で、結束用ロボット装置４６の結束装置４８によって第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの把持箇所のコネクタ側又はその反対側が結束部材１８によって結束されるように、結束用ロボット装置４６を制御する。

図４は寄せ集め姿勢特定部６４における寄せ集め姿勢特定処理を示すフローチャートである。この処理について、図５〜図９を参照しつつ説明する。なお、下記の各処理は、例えば、ロボットアーム３２のベースを基準とするＸＹＺ座標系における処理として行うことができる。

まず、ステップＳ１において、図５に示すように、第１電線１４Ａ、第２電線１４Ｂの経路情報に基づいて、電線間連続面Ｆの２分割線Ｌを求める。電線間連続面Ｆは、第１コネクタ１２Ａから延出する第１電線１４Ａと第２コネクタ１２Ｂから延出する第２電線１４Ｂとを結ぶ連続的な面である。電線間連続面Ｆは、例えば、それぞれの端部（第１コネクタ１２Ａ又は第２コネクタ１２Ｂ）から等距離にある、第１電線１４Ａ上の各点と、第２電線１４Ｂ上の各点とを結ぶ線の集合として求めることができる。また、２分割線Ｌは、電線間連続面Ｆを第１電線１４Ａ、第２電線１４Ｂの間において２分割する線である。２分割線Ｌは、例えば、それぞれの端部（第１コネクタ１２Ａ又は第２コネクタ１２Ｂ）から等距離にある、第１電線１４Ａ上の各点と、第２電線１４Ｂ上の各点とを結ぶ線の中点の集合として求めることができる。

次ステップＳ２において、把持点Ｐと、把持点Ｐにおける電線間連続面Ｆの法線ベクトルＮを求める。通常、第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとを寄せ集める際には、第１コネクタ１２Ａ又は第２コネクタ１２Ｂを基準とする距離Ｅによって、第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとを寄せ集める箇所が特定されている。そこで、把持点Ｐは、図５に示すように、例えば、第１コネクタ１２Ａから距離Ｅ離れた第１電線１４Ａ上の点ＰＡと、第２コネクタ１２Ｂから距離Ｅ離れた第２電線１４Ｂ上の点ＰＢとを結ぶ点の中点として求めることができる。

また、把持点Ｐにおける電線間連続面Ｆの法線ベクトルＮは、例えば、上記点ＰＡと点ＰＢとを結ぶ線に対して直交し、かつ、把持点Ｐにおける２分割線Ｌの方向に直交する法線ベクトルＮとして求めることができる。把持点Ｐにおける２分割線Ｌの方向は、例えば、第１電線１４Ａ上の点ＰＡから第１コネクタ１２Ａ側に微小距離近い点（又は微小距離遠い点）と第２電線１４Ｂ上の点ＰＢから第２コネクタ１２Ｂ側に微小距離近い点（又は微小距離遠い点）との中点と上記把持点Ｐとを結ぶ直線の方向として近似的に求めることができる。これにより、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの経路情報に基づいて、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを結ぶ電線間連続面Ｆの、把持点Ｐにおける法線方向を特定することができる。

上記例に限られず、把持点Ｐ及び法線ベクトルＮは、各種数学的な方法等によって求めることができる。

次ステップＳ３において、ロボットハンド４０のＴＣＰ（Tool Center Point）位置、ロボットハンド４０の方向Ｄ及びロボットハンド４０の幅姿勢（ベクトル）Ｔを特定する。

ここでは、図６に示すように、ロボットハンド４０のＴＣＰ位置は、開いた第１把持爪４１と第２把持爪４２の基端部の中央位置、すなわり、ハンド基部４３の中央位置であるとする。ロボットハンド４０のＴＣＰ位置は、上記把持点Ｐと一致する特定される。

ロボットハンド４０の方向Ｄは、ロボットハンド４０の第１把持爪４１及び第２把持爪４２が向く方向である。ここでは、ロボットハンド４０の方向Ｄを示すベクトルは、上記法線ベクトルＮと一致するとして特定される。

ロボットハンド４０の幅姿勢Ｔは、第１把持爪４１と第２把持爪４２との開閉方向である。ここでは、ロボットハンド４０の幅姿勢Ｔを示すベクトルは、重力方向である鉛直方向に対して直交する水平方向として特定される。通常は、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂは、第１コネクタ１２Ａ及び第２コネクタ１２Ｂから垂下がっている。このため、第１把持爪４１と第２把持爪４２との開閉方向を水平方向とすれば、第１把持爪４１と第２把持爪４２とが開く方向と、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが並ぶ方向とが一致し、離れた第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとを、第１把持爪４１と第２把持爪４２とによって効果的に寄せ集めることができる。このため、通常は、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが並ぶ方向が水平方向であるとし、ロボットハンド４０の幅姿勢Ｔを示すベクトルを、重力方向である鉛直方向に対して直交する水平方向として特定すればよい。

もっとも、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが重力方向に対して交差する方向に配設される場合等には、ロボットハンド４０の幅姿勢Ｔを示すベクトルは、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを結ぶ方向、例えば、点ＰＡと点ＰＢとを結ぶ線の方向と一致しているとして特定されてもよい。

ステップＳ３では、ロボットハンド４０が把持点Ｐにおいて第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める姿勢が、上記方向Ｄ及び幅姿勢Ｔによって特定されることになる。

次ステップＳ４において、複数の姿勢候補を生成する。

まず、ステップＳ３において特定されたロボットハンド４０の姿勢を、第１姿勢候補とする。第１把持爪４１と第２把持爪４２とを閉じた状態で、把持点Ｐ（ＴＣＰ位置）は、第１把持爪４１と第２把持爪４２との間に配設される。このため、閉じられた第１把持爪４１及び第２把持爪４２の間に把持点Ｐを配設した状態で、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の延出方向（方向Ｄ）が法線ベクトルＮと一致し、かつ、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の開閉方向（方向Ｔ）が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが並ぶ方向に一致した姿勢が第１姿勢候補とされる。

また、図７に示すように、第１姿勢候補から、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の延出方向Ｄと第１把持爪４１及び第２把持爪４２の開閉方向（ここでは、幅姿勢Ｔと同じ）とに直交する軸Ａ周りに回転させた少なくとも１つの姿勢を少なくとも１つの第２姿勢候補として特定する。例えば、第１姿勢候補から軸Ａ周りに所定角度ずつ回転させた複数の姿勢を、第２姿勢候補とする。第１姿勢候補から軸Ａ周りに所定角度ずつ回転させるとすると、第２姿勢候補が７１個特定され、第１姿勢候補と第２姿勢候補と合わせて７２個の候補が定まる。第１姿勢候補と第２姿勢候補は、ロボットハンド４０のＴＣＰ位置を把持点Ｐに配置した状態で、ロボットハンド４０の幅姿勢Ｔを水平方向（上記したように幅姿勢Ｔは点ＰＡと点ＰＢとを結ぶ線の方向と一致していてもよい）に沿わせた姿勢であるため、それぞれ第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを把持できる姿勢である。第２姿勢候補は、延出方向Ｄ及び幅姿勢Ｔによって定義される。

次ステップＳ５において、上記複数の姿勢候補（第１姿勢候補及び少なくとも１つの第２姿勢候補）に対する可操作度ｗを算出する。

すなわち、ロボットハンド４０の位置姿勢ベクトルをｒとする。位置姿勢ベクトルｒは、ｘｙｚの各座標によって表されるＴＣＰ位置と、ロボットハンド４０の初期姿勢に対するＸＹＺの各軸周りの回転角度によって表される姿勢とによって定められる。上記第１姿勢候補及び少なくとも１つの第２姿勢候補は、ＴＣＰ位置（把持点Ｐ）におけるロボットハンド４０の姿勢として特定されている。ＴＣＰ位置（把持点Ｐ）はステップＳ３において一定の位置（ｘｙｚの各座標）として特定されている。また、ロボットハンド４０の姿勢は、第１姿勢候補と少なくとも１つの第２姿勢候補のそれぞれに対して、延出方向Ｄ及び幅姿勢Ｔによって特定され、これらは、ロボットハンド４０の初期姿勢に対するＸＹＺの各軸周りの回転角度として特定され得る。このため、第１姿勢候補及び少なくとも１つの第２姿勢候補のそれぞれに対応する位置姿勢ベクトルｒが特定される。

また、ロボットアーム３２の各関節間の長さ、関節の相対的位置関係は既知であるから、各関節角度（θ（１）、θ（２）、θ（３）、θ（４）、θ（５）、θ（６））を示すベクトルｑから位置姿勢ベクトルｒを求める順運動学ｆが存在し、ｒ＝ｆ（ｑ）となる。この逆運動学を解くと、位置姿勢ベクトルｒからベクトルｑを求めることができる。つまり、第１姿勢候補と少なくとも１つの第２姿勢候補のそれぞれに対して、ロボットアーム３２の各関節角度θ（１）、θ（２）、θ（３）、θ（４）、θ（５）、θ（６）を求めることができる。

また、順運動学ｆをθで偏微分すること等により、順運動学ｆのヤコビ行列Ｊを求めることができる。可操作度ｗは、ヤコビ行列Ｊの行列式であるから、第１姿勢候補と少なくとも１つの第２姿勢候補のそれぞれに対して、行列式｜Ｊ｜に関節角度θ（１）、θ（２）、θ（３）、θ（４）、θ（５）、θ（６）の値を代入すると、第１姿勢候補と少なくとも１つの第２姿勢候補のそれぞれに対して可操作度ｗを求めることができる。つまり、第１候補姿勢の可操作度ｗ（１）、少なくとも１つの第２候補姿勢の可操作度ｗ（２）、ｗ（３）、・・・とすると、可操作度ｗ（１）、ｗ（２）、ｗ（３）、・・・のそれぞれの値を求めることができる。

次ステップＳ６において、可操作度ｗ（１）、ｗ（２）、ｗ（３）、・・・に基づいて、寄せ集め姿勢を特定する。可操作度ｗは、ロボットハンドの自由度を表す値であり、小さければ小さいほど自由度が小さく、大きければ大きいほど自由度が大きい。そこで、可操作度ｗ（１）、ｗ（２）、ｗ（３）、・・・を比較し、最も大きいものを特定し、最も大きい可操作度ｗ（ａ）となる位置姿勢ベクトルｒを、寄せ集め姿勢として決定する。

ステップＳ６における寄せ集め姿勢の決定は、上記の通りなされる必要は無い。例えば、第１姿勢候補に応じた可操作度ｗ（１）を求め、この可操作度ｗ（１）が特異点では無く、作業を行うのに適した自由度を示す基準値を超えるか否かを判定し、当該基準値を超える場合には、可操作度ｗ（１）に応じた姿勢を寄せ集め姿勢として決定してもよい。この場合に、可操作度ｗ（１）が基準値を超えない場合には、他の第２候補姿勢の可操作度ｗ（２）、ｗ（３）、ｗ（４）、・・・が基準値を超えるか否かを順次判定し（例えば、第１姿勢候補に近い第２候補姿勢を順次基準値と比較していくとよい）、基準値を超えた場合にその可操作度ｗに応じた姿勢を寄せ集め姿勢として決定してもよい。可操作度ｗと基準値が同じである場合には、寄せ集め姿勢として決定する又は決定しないのいずれと判定してもよい。

図８は第１姿勢候補が寄せ集め姿勢として決定された場合におけるロボットハンド４０の寄せ集め作業を示す例である。この場合には、ロボットハンド４０の方向Ｄを法線ベクトルＮと一致させた姿勢で、ロボットハンド４０が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めることになる。図９は第２姿勢候補が寄せ集め姿勢として決定された場合におけるロボットハンド４０の寄せ集め作業を示す例である。この場合には、ロボットハンド４０の方向Ｄを法線ベクトルＮに対して傾けた姿勢で、ロボットハンド４０が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めることになる。いずれにせよ、第１候補姿勢を基準として、ロボットハンド４０をＸ軸周りに傾けた姿勢を第２候補姿勢とし、これらの候補姿勢のうちから可操作度ｗが比較的大きいものを寄せ集め姿勢として特定している。このため、ロボットハンド４０は、比較的大きい自由度で、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの実際の経路に応じて第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めることができる。

図１０は、ロボット制御部６６による電線１４Ａ、１４Ｂの結束処理を示すフローチャートである。

上記のように寄せ集め姿勢が決定されている状況下で、ステップＳ１１において、ロボット制御部６６は、ロボット装置３０に対してロボットハンド４０により寄せ集め姿勢特定部６４で決定された寄せ集め姿勢に従って、図１１に示すように、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めるように指示を与える。これにより、ロボットハンド４０は、図１１に示すように、当該寄せ集め姿勢で把持点Ｐに移動する。そして、図１２に示すように、第１把持爪４１及び第２把持爪４２を閉じて第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める。

次ステップＳ１２において、ロボット制御部６６は、ロボット装置３０に対して寄せ集めた第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂをしごくように指示を与える。これにより、図１３に示すように、ロボットハンド４０は、第１把持爪４１と第２把持爪４２との間に第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを把持したまま、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの延在方向に沿って第１コネクタ１２Ａ及び第２コネクタ１２Ｂから遠ざかる側に移動する。すると、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂがしごかれて弛みが除去された状態で束となる。

次ステップＳ１３において、ロボット制御部６６は、結束用ロボット装置４６に対して寄せ集めた第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを結束するように指示を与える。これにより、図１４に示すように、ロボットハンド４０が第１コネクタ１２Ａ及び第２コネクタ１２Ｂから離れた位置で第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを把持した状態のまま、当該把持箇所の隣の位置で、結束装置４８が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを結束する。

上記各処理を、ワイヤーハーネス１０において結束が必要となる箇所に対して実施することで、複数の電線１４が分岐しつつ結束されたワイヤーハーネス１０を製造することができる。

以上のように構成されたワイヤーハーネス加工装置２０及びワイヤーハーネス１０の製造方法によると、複数の姿勢候補のそれぞれに対応するロボットアーム３２の可操作度ｗに基づいて、ロボットハンド４０が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める姿勢を決定する。可操作度ｗが大きいほど、ロボットハンド４０は自由に動き得るため、ロボット装置３０によってワイヤーハーネス１０の製造を行う際井、ロボット装置３０が特異点異常によって作業中断することを抑制することができる。

また、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの実際の経路に応じて、把持点Ｐ及び把持点Ｐにおけるロボットハンド４０の適切な把持姿勢を自動的に特定できるため、ロボット装置３０に対する事前教示作業を省略することもできる。

また、複数の姿勢候補を特定する際に、閉じられた第１把持爪４１及び第２把持爪４２の間に把持点Ｐを配設した状態で、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の延出方向Ｄが電線間連続面Ｆの法線ベクトルＮと一致し、かつ、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の開閉方向（Ｄ）が、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが並ぶ方向に一致した姿勢を第１姿勢候補としている。そして、第１姿勢候補から前記延出方向Ｄと前記開閉方向（Ｄ）とに直交する軸Ｄ周りに回転させた少なくとも１つの姿勢を少なくとも１つの第２姿勢候補として特定している。このため複数の姿勢候補として、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めるのに適したものを特定することができる。また、これにより、候補となる寄せ集め姿勢をある程度限定することが可能となり、寄せ集め姿勢を決定するための演算処理等をなるべく軽くすることができる。

また、寄せ集め姿勢を決定した後、当該寄せ集め姿勢に従って第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集め、この後、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂをしごいて結束している。これにより、ロボット装置３０の作業中断を抑制しつつ、ワイヤーハーネス１０を円滑に製造することができる。

｛変形例｝
上記実施形態を前提として各種変形例について説明する。

図１５に示すように、制御ユニット５０の寄せ集め姿勢特定部６４等において、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの経路情報に基づいて、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの間隔Ｃ１を特定するようにしてもよい。間隔Ｃ１は、例えば、把持点Ｐにおける第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの幅Ｃ１であり、上記点ＰＡと点ＰＢとの間の距離である。

そして、制御ユニット５０において、第１把持爪４１及び第２把持爪４２の把持可能幅Ｃ２が、上記間隔Ｃ１よりも小さい場合には、ロボットハンド４０による寄せ集め動作を停止させるようにするとよい。把持可能幅Ｃ２は、開いた状態での第１把持爪４１及び第２把持爪４２の距離（特に先端部間の距離）である。

第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂが把持点Ｐにおいて大きく開いている場合、第１把持爪４１及び第２把持爪４２が第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集めて把持することができないと、その後のしごき、結束処理を行えない。上記のようにすることで、把持点Ｐにおけるロボットハンド４０の把持ミスを抑制できる。ロボットハンド４０による寄せ集め動作を停止させた場合には、警告音、警告表示等を発することが好ましい。

また、上記実施形態では、２つの第１コネクタ１２Ａ及び第２コネクタ１２Ｂから延出する第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集める場合について説明したが。３つ以上のコネクタ１２から延出する電線１４を寄せ集めることもできる。この場合には、図１６に示すように、３つ以上のコネクタ１２が並ぶ方向において、一方の外側のコネクタ１２を第１コネクタ１２Ａ、当該第１コネクタ１２Ａから延出する電線１４を第１電線１４Ａとし、他方の外側のコネクタ１２を第２コネクタ１２Ｂ、当該第２コネクタ１２Ｂから延出する電線１４を第２電線１４Ｂとして、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂの経路情報を取得して、上記と同様に寄せ集め姿勢を特定することができる。そして、ロボットハンド４０によって第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを寄せ集め、その際にそれらの間の電線１４を寄せ集めることができる。

また、ワイヤーハーネス１０を製造する場合においては、複数のコネクタ１２から延出する複数の電線１４を順次結束する場合もある。例えば、図１７に示すように、第１コネクタ１２Ａから延出する第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを結束した後、第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとの束１１４Ａを、他のコネクタ１２から延出する電線１４に結束する場合もある。この場合には、第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとの束１１４Ａを第１電線１１４Ａとし、他のコネクタ１２から延出する電線１４を第２電線１１４Ｂとして、上記と同様に第１電線１１４Ａ及び第２電線１１４Ｂの経路情報を取得して、上記と同様に寄せ集め姿勢を特定することができる。そして、ロボットハンド４０によって第１電線１１４Ａ及び第２電線１１４Ｂを寄せ集め、結束等することができる。

また、上記実施形態では、ロボットハンド４０は、第１把持爪４１及び第２把持爪４２が互いに平行な姿勢を保ったまま、接近及び離隔移動して開閉する構成であるが、必ずしもその必要は無い。第１把持爪及び第２把持爪が基端側の軸周りに回転することで、開閉する構成であってもよい。また、第１把持爪及び第２把持爪は、Ｌ字状又は弧状を描く形状であってもよい。第１把持爪及び第２把持爪が、Ｌ字状又は弧状を描く形状であれば、ロボットハンドの方向Ｄに沿って第１電線１４Ａと第２電線１４Ｂとがばらついている場合でも、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを１箇所に集約させ易い。また、第１把持爪及び第２把持爪が、その延在方向中間部に関節構造を有していてもよい。

なお、上記実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。

以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０ ワイヤーハーネス
１２Ａ 第１コネクタ
１２Ｂ 第２コネクタ
１４Ａ 第１電線
１４Ｂ 第２電線
１８ 結束部材
２０ ワイヤーハーネス加工装置
３０ ロボット装置
３２ ロボットアーム
３９ 撮像部
４０ ロボットハンド
４１ 第１把持爪
４２ 第２把持爪
４６ 結束用ロボット装置
４８ 結束装置
５０ 制御ユニット
５２ 経路情報取得部
６４ 寄せ集め姿勢特定部
６６ ロボット制御部
１１４Ａ 第１電線
１１４Ｂ 第２電線

Claims (6)

1. 第１コネクタから延出する第１電線と第２コネクタから延出する第２電線とを寄せ集めるワイヤーハーネス加工装置であって、
   開閉可能な第１把持爪及び第２把持爪を含むロボットハンドと、前記ロボットハンドを動かす複数の関節を含むロボットアームとを有するロボット装置と、
   前記第１電線及び前記第２電線の経路情報を取得する経路情報取得部と、
   前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める際の把持点を求め、閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記ロボットハンドが取り得る複数の姿勢候補を特定し、前記複数の姿勢候補のそれぞれに対応する前記ロボットアームの可操作度に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める姿勢を決定する寄せ集め姿勢特定部と、
   前記ロボットハンドが、前記寄せ集め姿勢特定部で決定された寄せ集める姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めるように、前記ロボット装置を制御するロボット制御部と、
   を備えるワイヤーハーネス加工装置。
2. 請求項１に記載のワイヤーハーネス加工装置であって、
   前記寄せ集め姿勢特定部は、前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記第１電線及び前記第２電線を結ぶ面の、前記把持点における法線方向を特定し、閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向が前記法線方向と一致し、かつ、前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向が前記第１電線及び前記第２電線が並ぶ方向に一致した姿勢を第１姿勢候補とし、前記第１姿勢候補から前記第１把持爪及び前記第２把持爪の延出方向と前記第１把持爪及び前記第２把持爪の開閉方向とに直交する軸周りに回転させた少なくとも１つの姿勢を少なくとも１つの第２姿勢候補として特定する、ワイヤーハーネス加工装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のワイヤーハーネス加工装置であって、
   ３つ以上のコネクタのそれぞれから延出する電線を寄せ集める場合に、前記経路情報取得部は、一方の外側のコネクタから延出する電線を前記第１電線とし、他方の外側のコネクタから延出する電線を前記第２電線として、それらの経路情報を取得する、ワイヤーハーネス加工装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワイヤーハーネス加工装置であって、
   前記ロボット制御部は、前記ロボットハンドにより前記寄せ集め姿勢特定部で決定された寄せ集め姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めた後、前記ロボットハンドを前記第１電線及び前記第２電線の延在方向に移動させてそれらをしごく、ワイヤーハーネス加工装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワイヤーハーネス加工装置であって、
   前記ロボットハンドの前記第１把持爪及び前記第２把持爪の把持可能幅が、前記把持点の両側の前記第１電線及び前記第２電線の間隔よりも小さい場合に、前記ロボットハンドの寄せ集め動作を停止させる、ワイヤーハーネス加工装置。
6. 開閉可能な第１把持爪及び第２把持爪を含むロボットハンドと、前記ロボットハンドを動かす複数の関節を含むロボットアームとを有するロボット装置によって、第１コネクタから延出する第１電線と第２コネクタから延出する第２電線とを寄せ集めてワイヤーハーネスを製造するワイヤーハーネスの製造方法であって、
   （ａ）前記第１電線及び前記第２電線の経路情報を取得するステップと、
   （ｂ）前記第１電線及び前記第２電線の経路情報に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める際の把持点を求めるステップと、
   （ｃ）閉じられた前記第１把持爪及び前記第２把持爪の間に前記把持点を配設した状態で、前記ロボットハンドが取り得る複数の姿勢候補を挙げるステップと、
   （ｄ）前記複数の姿勢候補のそれぞれに対応する前記ロボットアームの可操作度に基づいて、前記ロボットハンドが前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集める姿勢を決定するステップと、
   （ｅ）前記ロボットハンドが、前記ステップ（ｄ）で決定された寄せ集め姿勢に従って前記第１電線及び前記第２電線を寄せ集めるステップと、
   （ｆ）寄せ集められた前記第１電線及び前記第２電線を結束するステップと、
   を備えるワイヤーハーネスの製造方法。

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