溶接方法と部品組立方法およびそれらの方法に用いるハンドリングロボット
【課題】パネル要素数が少ない小物部品の組み立てに際して、パネル要素の相対位置決め精度の低下をもたらすことなく、簡素な設備構成で所期の目的を達成できる溶接組立方法を提供する。
【解決手段】セルフクランプ機能を有するロケート・クランプ機構１にてアウタパネルＰａとインナパネルＰｂとを仮止めして仮止めパネル部品Ｗａとし、ロケート・クランプ機構１を被把持部としてハンド４側のグリッパ５２にて仮止めパネル部品Ｗａを把持する。そのままスポット溶接装置に供給してスポット溶接を施した後、ロケート・クランプ機構１から溶接後のパネル部品Ｗを解放し、ついでグリッパ５２からロケート・クランプ機構１を解放する。ロケート・クランプ機構１は繰り返し使用する。
【解決手段】セルフクランプ機能を有するロケート・クランプ機構１にてアウタパネルＰａとインナパネルＰｂとを仮止めして仮止めパネル部品Ｗａとし、ロケート・クランプ機構１を被把持部としてハンド４側のグリッパ５２にて仮止めパネル部品Ｗａを把持する。そのままスポット溶接装置に供給してスポット溶接を施した後、ロケート・クランプ機構１から溶接後のパネル部品Ｗを解放し、ついでグリッパ５２からロケート・クランプ機構１を解放する。ロケート・クランプ機構１は繰り返し使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の各種パネル類に代表されるように二つ以上のパネル要素をもって構成されることになるパネル部品の溶接方法と部品組立方法およびそれらの方法に用いるハンドリングロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の部品組み立てに関する技術として例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載の技術では、複数の単品パネル要素の集合体をもって構成されることになるパネル部品の溶接組み立てを行うにあたり、直交３軸の動作自由度に加えてロケートピンによる位置決め機能をクランプ機能とを有するロケータ装置を多数配置して組立治具とし、この組立治具に対してパネル部品を構成することになる単品パネル要素を同時投入して、個々のロケータ装置にてそれぞれの単品パネル要素を位置決めクランプする一方、特定のロケータ装置のアプローチ動作にて単品パネル要素相互の相対位置決めを行った上で、溶接用ロボットが持つスポット溶接ガンにてスポット溶接を施して組み立てを行うようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２２５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の技術では、組立治具そのものが高機能であるために複数種類のパネル部品の組み立てを行うことができ、その汎用性に優れる一方、設備費が高価となるだけでなく、次に列挙するような問題点がある
（ａ）多数のロケータ装置の並設に伴う錯綜化によって構造も著しく複雑となり、例えば生産台数の変動により設備を移設したい場合でも簡単に移設することができない。
【０００５】
（ｂ）サイクルタイム内において、投入した単品パネル要素同士の相対位置決めに要する時間の割合が相対的に大きく、溶接用ロボットの稼働可能時間が短くなる。
【０００６】
（ｃ）設備の錯綜化に伴い特に狭隘なスペースへのスポット溶接ガンのアクセス性が悪く、必要な打点位置全てにスポット溶接を施すことができないことがある。
【０００７】
（ｄ）上記の（ｂ）および（ｃ）の傾向が顕著となる場合には、別途後工程でいわゆる増打ちを施さなければならず、工程数の増加が余儀なくされる。
【０００８】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、比較的パネル要素数が少ないいわゆる小物部品の組み立てに際して、パネル要素同士の相対位置決め精度の低下をもたらすことなく、簡素な設備構成で所期の目的を達成することができるようにした溶接方法と部品組立方法およびそれらの方法に用いるハンドリングロボットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、パネル部品を構成することになる複数のパネル要素同士の相対位置決めを行うべくその複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めし、上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて複数のパネル要素を把持した上で、上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と複数のパネル要素との相対位置決めを行いつつ溶接を施すことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、複数のパネル要素同士を溶接接合してパネル部品を組み立てる方法であって、パネル要素同士の相対位置決めを行うべくそのパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めして仮止めパネル部品とする仮組み工程と、上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて仮止めパネル部品を把持する把持工程と、上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と仮止めパネル部品との相対位置決めを行った上で溶接を施してパネル部品とする溶接工程と、溶接後に上記ハンドリングロボットの自律動作をもって仮止めクランプ治具による仮止め状態からパネル部品を解放する部品解放工程と、パネル部品の解放に続いて上記ハンドリングロボットの自律動作をもってロボット自体による把持状態から仮止めクランプ治具を解放する治具解放工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項１，２に言う溶接手段は、例えばスポット溶接装置とする。
【００１２】
この場合、請求項３に記載のように、先行するパネル部品の溶接工程から治具解放工程までの作業進捗と並行して、次なるパネル部品となるべき仮止めパネル部品の仮組み工程作業が別のステージにて実行されるように設定されていることが望ましく、さらに、請求項４に記載のように、上記把持工程と、溶接工程、部品解放工程および治具解放工程でのそれぞれの作業が互いに独立した別のゾーンにて行われるように設定されていることが望ましい。
【００１３】
加えて、パネル要素同士の相対位置決め精度の向上およびパネル要素の安定支持の上では、請求項５に記載のように、複数のパネル要素同士を複数の仮止めクランプ治具をもって仮止めするように設定されていて、ハンドリングロボットはその複数の仮止めクランプ治具を被把持部として仮止めパネル部品を把持するものであることが望ましい。
【００１４】
上記ハンドリングロボットとしては、請求項６に記載のように、パネル要素同士の仮止めを司る仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持するべく、その仮止めクランプ治具の把持とその解放とを行う脱着機能と、把持した仮止めクランプ治具自体が仮止めしているパネル要素をその仮止めクランプ治具から少なくとも解放させるべく当該仮止めクランプ治具をアンクランプ動作させるパネル要素解放機能とを備えているものを使用するものとする。
【００１５】
より望ましくは、請求項７に記載のように、ロボットハンドは、複数のパネル要素同士を仮止めする複数の仮止めクランプ治具の把持とその解放とが可能であり、ハンドリングロボット自体は、仮止めクランプ治具を被把持部として把持したパネル要素の姿勢と位置を任意に変更可能であるものとする。
【００１６】
したがって、少なくとも請求項１，２に記載の発明では、複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めする作業をいわゆるライン外作業として行うようにすれば、少なくとも上記仮止め作業に要する時間はサイクルタイムに影響しなくなり、サイクルタイムのうちでも最も重要な溶接に割り当てる時間を十分に長く確保することができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、パネル要素同士を仮止めクランプ治具にて予め仮止めして、この仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持した上で溶接に供するようにしているため、従来のような大がかりな組立治具は不要であり、その組立治具の簡素化によって設備費の低減が図れるとともに、溶接手段へのアクセス性も良好となり、サイクルタイムを長くすることなしに溶接手段の稼働可能時間を十分に長く確保することが可能となるほか、工程数の短縮化にも寄与できる。また、生産台数の変動等に対応するべく設備を移設したい場合にも、きわめて容易に設備を移設することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１以下の図面は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、例えば自動車用車体パネルのサブアセンブリ工程において、パネル要素としてのアウタパネルとインナパネルとの相対位置決めを行いながら重ね合わせた上で周縁部にスポット溶接を施すことにより、例えばホイールハウスメーン等のようなパネル部品を組み立てる場合の例を示している。
【００１９】
図１に示すように、予め所定の三次元形状にプレス成形されたアウタパネルＰａと枠状のインナパネルＰｂのフランジ部Ｆ，Ｆ同士を重ね合わせた上で、仮止めクランプ治具としての複数の小型のロケート・クランプ機構（以下、この機構を「メカクランプ機構」と略称するものとする）１にて位置決めクランプしてパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止めを施すことにより仮止めパネル部品Ｗａとし、この仮止めパネル部品ＷａのパネルＰａ，Ｐｂ同士を不離一体の関係とするべく図２の溶接組立工程Ｓに投入して、フランジ部Ｆ，Ｆ同士の重合部のうちメカクラン機構１による仮止め位置近傍にスポット溶接を施すものである。そして、溶接後に、その機能が不要となったメカクランプ機構１を取り外すことで製品としてのパネル部品Ｗが完成することになる。
【００２０】
ここで、上記メカクランプ機構１は、後述するように、アウタパネルＰａとインナパネルＰｂの双方のフランジ部Ｆに形成されたロケート穴Ｒに係合してそのロケート穴Ｒを基準にパネルＰａ，Ｐｂ同士の相対位置決めを行う機能と、その相対位置決め状態のままで双方のパネルＰａ，Ｐｂを重合方向に加圧拘束し、仮止めとして両者を自律的且つ堅固にクランプするいわゆるセルフクランプ機能を有している。
【００２１】
図２の溶接組立工程Ｓには、アーム２（図３参照）の先端にハンド脱着機構３を介して図３のようなロボットハンド（以下、単に「ハンド」と略称する）４が着脱可能に装着された汎用型のハンドリングロボット（以下、単に「ロボット」と略称する）５のほか、溶接手段としての据え置き型のスポット溶接装置６と、溶接後のパネル部品Ｗを順次ストレージしておいて所定量になった段階で次工程に搬出するためのパネル部品搬出用台車７、および先に述べたメカクランプ機構１を回収するためのメカクランプ回収ボックス８をそれぞれ配置してあるとともに、パネル部品Ｗの仕様に応じてハンド４を持ち替えるために複数のハンド置き台９を用意してある。さらに、作業者Ｍの作業空間１０の近くには、複数の仕様のアウタパネルＰａとインナパネルＰｂとが収容された複数のパレット５０，５０‥と、パレット５０，５０‥から取り出したパネルＰａ，Ｐｂを一時的に仮置きするパネル置き台５１をそれぞれ配置してある。
【００２２】
そして、ロボット５のハンド４は、図３に示すように、メカクランプ機構１にて仮止めすることにより構成された仮止めパネル部品Ｗａを、そのメカクランプ機構１そのものを被把持部として堅固に把持することができるようになっている。すなわち、ハンド４には、仮止めパネル部品Ｗａにおける複数のメカクランプ機構１に個別に対応する位置に、そのメカクランプ機構１の把持と解放とが可能な複数のグリッパ５２を設けてある。さらに、そのグリッパ５２には、当該グリッパ５１にてメカクランプ機構１を把持した状態でそのメカクランプ機構１によるパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止め状態を解除できるいわゆるアンクランプ機能を有している。なお、上記メカクランプ機構１およびグリッパ５２の詳細は後述する。
【００２３】
ここで、上記のようにロボット５のアーム２ａ先端にハンド脱着機構３を介して既に特定のハンド４が装着されているものとすれば、ハンド置き台９には別の少なくとも一つのハンド４が待機していて、ロボット５は外部からの指令に応じハンド置き台９の間で自律的にそのハンド４の持ち替えを行うハンド自動交換機能を有している。
【００２４】
図４は上記メカクランプ機構１単独での詳細を示しており、同図（Ａ）はメカクランプ機構１がアウタパネルＰａとインナパネルＰｂを仮止めクランプした状態を、同図（Ｂ）は上記仮止め状態を解除するべくアンクランプした状態をそれぞれ示している。
【００２５】
図４（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、中空円筒状のボデイ１１の外周にはテーパ状のフランジ部１２ａと段状のショルダー部１２ｂを有すスリーブ１２をねじ部１２ｃをもって装着してあるとともに、そのボデイ１１の一端面には根元部側に着座面として機能する着座フランジ部１３を有するテーパ状のロケートピン１４を図示外の複数のボルトにて結合してある。
【００２６】
ロケートピン１４の一部には直径方向に貫通するすり割り溝１６を形成してあるとともに、このすり割り溝１６はボデイ１１の内部空間と連通していて、これらのすり割り溝１６およびボデイ１１の内部空間には略鉤形状の一対のクランプアーム１７を重ね合わせるようにして且つ左右対称に変位可能に挿入してある。また、ボデイ１１の他端面からその内部にカラー１８を挿入するとともに、そのカラー１８に案内させるかたちでボデイ１１と同心状の操作ピン１９をスライド可能に挿入してある。操作ピン１９はその一部がボデイ１１から突出しているとともに、端部には二枚分のクランプアーム１７の板厚を受容可能なスリット２０を形成してあり、このスリット２０にてクランプアーム１７の他端を受容した上で後述する連結ピン２１にて相互に連結してある。
【００２７】
クランプアーム１７はその鉤形状の先端部１７ａをロケートピン１４の根元部の開口部から外部に臨ませてある一方、他端部を操作ピン１９のスリット２０に挿入した上で操作ピン１９の直径方向に貫通する連結ピン２１にて操作ピン１９に連結し、さらに略くの字状に形成された溝カム２２をボデイ１１の直径方向に横架されたガイドピン２３に係合させてある。
【００２８】
さらに、操作ピン１９の外周には皿ばね、輪ばねあるいはばね座金等の円環状のばね部材２４を積層配置した上で、操作ピン１９の端部に装着したばね受け座２５とスナップリング２５ａにてその抜け止めを施してある。このばね部材２４は図４に示すように操作ピン１９を介してクランプアーム１７を常時ボデイ１１内に引き込む方向、すなわちクランプアーム１７がクランプ力を発生する方向に常時付勢しており、これによってばね部材２４はクランプ力発生手段として機能することになる。
【００２９】
より詳しくは、図４の（Ａ）に示すように操作ピン１９に外力を加えない状態ではクランプアーム１７がばね部材２４による付勢力をもってクランプ位置Ｃ１にあって、そのクランプ状態を自己保持している一方、同図（Ｂ）に示すように操作ピン１９をボデイ１１内に押し込むべくその操作ピン１９をばね部材２４の付勢力に抗して押圧操作することによりクランプアーム１７がアンクランプ位置Ｃ２に移動するようになっており、特にクランプ状態では同図（Ａ）に示すようにそのクランプアーム１７の先端部１７ａと着座フランジ部１３とをもって先に述べたアウタパネルＰａとインナＰｂを挟圧状態としてクランプするようになっている。
【００３０】
一方、上記ロケートピン１４により位置決めされることになる相手側のパネル、すなわちアウタパネルＰａとインナパネルＰｂには図４に示すようにそのロケートピン１４に挿入されることになるロケート穴Ｒがそれぞれ形成されていて、ロケートピン１４とロケート穴Ｒとの相互嵌合と同時にアウタパネルＰａがロケートピン１４側の着座フランジ部１３に着座することでそのロケートピン１４の軸心方向での位置決めが同時になされるようになっている。
【００３１】
ここで、上記のメカクランプ機構１は、例えば特開平４−２８３０３４号公報あるいは特開２００１−１６２４６９号公報等に記載の公知のロケート装置の構造を基本として、それ自体が可搬式で且つ取り扱いが容易な超小型のものとするべく改良を加えたものである。特に特開平４−２８３０３４号公報に記載のものは、圧縮コイルばねをクランプ力発生源としていわゆるセルフクランプ機能を有するものであるから、上記メカクランプ機構１は同公報に記載の構造を極小化したものと理解することができる。
【００３２】
図５は先に図３に示したロボット５に持たせたアクチュエータ駆動のグリッパ５２を拡大した概略斜視図であり、さらに図６，７はその詳細をそれぞれ示している。このグリッパ５２は、対向配置したグリッパ本体部としての二つ一組のグリッパブロック２６に対して、大径且つ長ストロークのグリッパシリンダ２７と、小径且つ小ストロークのアンクランプシリンダ２８とを直列に連結することにより構成してある。なお、ここではグリッパシリンダ２７およびアンクランプシリンダ２８としてエアシリンダが採用されていて、同時にアンクランプシリンダ２８は後述するようにアンクランプ操作手段として機能することになる。
【００３３】
二つ一組のグリッパブロック２６は、所定の間隙を隔てて対向させることにより、先に述べたメカクランプ機構１と噛み合う受容穴２９とともにグリッパアーム収容空間３０を形成している。そして、図６，７のほか図８，９に示すように、そのグリッパアーム収容空間３０には、対向配置されて且つ開閉可能な一対のプレート状のグリッパアーム３１ととともに双方のグリッパアーム３１が共有することになるバー状の中間レバー３２を収容してあり、各グリッパアーム３１は中間レバー３２に対してヒンジピン３３にて揺動可能に連結してある。なお、受容穴２９の奥部には、図７に示すようにメカクランプ機構１側のスリーブ１２のフランジ部１２ａ（図４参照）に着座する着座面３４を形成してある。
【００３４】
また、各グリッパアーム３１には略くの字状の溝カム３５が形成してあり、この溝カム３５を双方のグリッパブロック２６，２６間に掛け渡したガイドピン３６に係合させてある。したがって、中間レバー３２を後述するピストンロッド３９とともにその軸心方向にスライド変位させることで、溝カム３５とガイドピン３６との相対変位のために一対のグリッパアーム３１，３１が開閉動作して、図１０に示すようにその閉動作をもってメカクランプ機構１を把持する一方、図９に示すようにその開動作をもってメカクランプ機構１を解放することになる。
【００３５】
図７のほか図９に示すように、グリッパシリンダ２７は、シリンダチューブ３７内に配置されたピストン３８のほか、それと一体の中空状のピストンロッド３９および二つの流出入ポート４０，４１を備えていて、ピストンロッド３９の先端には先に述べた中間レバー３２を連結してある。これにより、グリッパシリンダ２７の伸縮作動に応じて一対のグリッパアーム３１，３１がメカクランプ機構１の把持動作もしくはその解放動作を行うことになる。
【００３６】
他方、アンクランプシリンダ２８はグリッパシリンダ２７と同心状に配置してあり、シリンダチューブ４２内に配置されたピストン４３のほか、それと一体のピストンロッド４４および二つの流出入ポート４５，４６を備えていて、ピストンロッド４４は先に述べたグリッパシリンダ２７側の中空状のピストンロッド３９にスライド可能に内挿されている。そして、図１１に示すように一対のグリッパアーム３１，３１がメカクランプ機構１を把持した状態でアンクランプシリンダ２８を伸長動作させることにより、そのメカクランプ機構１の操作ピン１９を押圧操作することが可能となっている。
【００３７】
なお、図８において、４７，４８は各シリンダ２７，２８のエアの流出入ポートを切り換えるためのソレノイドバルブである。
【００３８】
次に、上記のようなメカクランプ機構１およびグリッパ５２の構造を前提として図２の溶接組立工程Ｓでの作業手順を図１２〜１５を参照しながら説明する。
【００３９】
図１，２のほか図１２の（Ａ）に示すように、作業者Ｍはパレット５０からアウタパネルＰａとインナパネルＰｂをセットとして取り出した上でパネル置き台５１に置き、予め手元に用意してあるメカクランプ機構１を用いて図１および図１２の（Ａ）の形態で双方のパネルＰａ，Ｐｂ同士を仮止めして、いわゆる仮止めパネル部品Ｗａを仮組みする。このパネル置き台５１上での作業者Ｍによる仮止め作業がいわゆる仮組み工程での作業となる。
【００４０】
なお、後述するようにスポット溶接装置６にて溶接されたパネル部品Ｗから回収されたメカクランプ機構１がメカクランプ回収箱８に収容されていることから、作業者Ｍは予め複数ロット分のメカクランプ機構１をメカクランプ回収箱８から取り出して手元に用意しておくものとする。同時に、パネル置き台５１の近くには先に述べたグリッパ５２と同等の機能を有する可搬式の脱着工具を予め用意しておき、この脱着工具を使ってメカクランプ機構１によるパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止め、すなわち図４に示したようなメカクランプ機構１のアンクランプ動作とクランプ動作を行わせることが望ましい。
【００４１】
一方、作業者Ｍの作業空間１０に隣接する受け渡し位置１０ａには図１２の（Ｂ）に示すようにグリッパ５２を上向き姿勢としたハンド４が予め待機しており、作業者Ｍはパネル置き台５１上にて仮組みした仮止めパネル部品Ｗａをハンド４に移載して位置決めする。すなわち、この時にはハンド４側のグリッパ５２は解放状態にあり、仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているそれぞれのメカクランプ機構１を対応するグリッパ５２に受容させることでハンド４に対する仮止めパネル部品Ｗａの一次的な位置決めがなされることになる。
【００４２】
ハンド４に対する仮止めパネル部品Ｗａの位置決め完了後、作業者Ｍがパネル置き台５１の近くに設けてある押釦スイッチ５３（図２参照）を押圧操作すると、ロボット５が起動して自律動作を開始する。ロボット５が自律動作を開始した以降は、それと並行して作業者Ｍは次のサイクルに備えるべく、パレット５０からアウタパネルＰａとインナパネルＰｂをセットとして取り出し、パネル置き台５１上にてメカクランプ機構１を用いて上記と同様に双方のパネルＰａ，Ｐｂ同士を仮止めして、いわゆる仮止めパネル部品Ｗａを仮組みする。
【００４３】
上記のようにロボット５が起動すると、最初にハンド４のグリッパ５２が把持動作することより、ハンド４は図１２の（Ｃ）に示すようにそれぞれのメカクランプ機構１を被把持部としてグリッパ５２にて仮止めパネル部品Ｗａを把持する。この把持動作がいわゆる把持工程での作業となる。さらに、ロボット５は予めティーチングしてある軌跡データ通りに移動を開始し、最初に図２のほか図１３に示すように仮止めパネル部品Ｗａを把持しているハンド４を上下反転させた上でその仮止めパネル部品Ｗａをスポット溶接装置６側に搬送する。そして、ロボット５によりスポット溶接装置６とハンド４側に把持されたままの仮止めパネル部品Ｗａとの相対位置決めが完了すると、スポット溶接装置６はメカクランプ機構１による仮止め位置近傍にスポット溶接を施し、上記のような相対位置決めとスポット溶接とを仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているメカクランプ機構１の数だけ繰り返すことになる。ここでのスポット溶接がいわゆる溶接工程での作業となる。
【００４４】
仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているメカクランプ機構１の数だけ上記のスポット溶接が施されると、その時点でアウタ，インナのパネルＰａ，Ｐｂ同士が不離一体の関係となるが故に仮止めパネル部品Ｗａは製品たるパネル部品Ｗと化し、同時になおもパネル部品Ｗに付帯しているメカクランプ機構１はその機能を失うことになる。
【００４５】
そこで、ロボット５は溶接済みのパネル部品Ｗを図２の台車７まで搬送した上、図１３に示すようにハンド４にてメカクランプ機構１を把持したままの状態で、そのメカクランプ機構１を図４の（Ｂ）のようにアンクランプ動作させる。これにより、それまでのメカクランプ機構１による仮止め状態からパネル部品Ｗが解放されて、パネル部品Ｗはそのまま台車７に残されることになる。ここでの作業がいわゆる部品解放工程での作業となる。
【００４６】
溶接後のパネル部品Ｗを台車７側に解放して移載したならば、ロボット５はハンド４を図２のメカクランプ回収箱８の真上に移動させ、図１４の（Ａ）に示すようにそれぞれのグリッパ５２を解放動作させて、それまでのグリッパ５２によるメカクランプ機構１の把持状態を解除する。ここでの作業が治具解放工程での作業となる。それに伴い、各メカクランプ機構１はメカクランプ回収箱８に自重落下して回収される。そして、メカクランプ回収箱８に回収されたメカクランプ機構１は繰り返し使用される。
【００４７】
以上をもってロボット５のハンド４は図１５のように全くの空荷状態となることから、そのハンド４を初期姿勢（図１２の（Ｂ）の状態）に戻しながら図２の最初の受け渡し位置１０ａに移動させた上で停止する。以上をもってパネル部品Ｗの溶接のための１サイクルが終了する。
【００４８】
なお、図２において、細実線の矢印は作業者Ｍの動きを、太実線の矢印はロボット５の動きを、白抜き矢印は仮止めパネル部品Ｗａまたは溶接後のパネル部品Ｗの動きをそれぞれに示す。
【００４９】
以上のような一連のスポット溶接装置６によるスポット溶接動作、メカクランプ機構１の仮止め解除（アンクランプ動作）によるパネル部品Ｗの解放動作、およびハンド４側のグリッパ５２によるメカクランプ機構１の解放動作の間に、先に述べたようにパネル置き台５１側において作業者Ｍにより次の仮組みパネル部品Ｗａの仮組みが行われて待機していることから、受け渡し位置１０ａに戻ってきたハンド４に対して作業者Ｍが次の仮止めパネル部品Ｗａを位置決めすることで次のサイクルに移行し、以降は上記にサイクルを繰り返すことになる。なお、溶接対象となるパネル部品Ｗの仕様が異なる場合には、ロボット５は必要に応じてハンド置き台９との間でハンド４の持ち替えを行うことになる。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、作業者Ｍとロボット５とが併存している溶接組立工程でありながら、作業者Ｍは仮止めパネル部品Ｗａの仮組みとその供給を行う一方で、ロボット５は受け渡し位置１０ａからスポット溶接装置６への仮止めパネル部品Ｗａの供給および取り出しだけでなく、それに続く台車７への溶接後のパネル部品Ｗの搬出・投入を行うようになっているので、例えば溶接後のパネル部品Ｗの搬出を、受け渡し位置１０ａにおいて溶接前の仮止めパネル部品Ｗａの供給に先立って行う場合に比べて、サイクルタイムに占めるロボット稼働可能時間を長く確保することができ、ロボット５の能力を最大限に活用して効率的な生産を行えることになる。特に、パネル部品Ｗを構成することになるパネルのセット数が増えても、そのセット作業に要する時間はサイクルタイムに影響することはないから、一段と効率的な生産を行える。
【００５１】
また、図２の溶接組立工程Ｓは最小限の設備にて構成されているので、ロボット５やスポット溶接装置６等を予め移動可能に据え付けておけば、例えば生産台数の変動等により溶接組立工程全体を移設することも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の具体的な実施の形態として、仮止めパネル部品と仮止めクランプ治具であるロケート・クランプ機構との関係を示す断面説明図。
【図２】本発明が適用される溶接組立工程の概略平面説明図。
【図３】図１に示す仮止めパネル部品がロケート・クランプ機構を把持部としてロボットハンドに把持された状態を示す説明図。
【図４】図１，３に示すロケート・クランプ機構の詳細を示す図で、（Ａ）はそのクランプ状態を示す断面図、（Ｂ）はそのアンクランプ状態を示す断面図。
【図５】図３のグリッパの概略構造を示す斜視図。
【図６】（Ａ）は図５に示すグリッパの正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図、（Ｃ）は同図（Ｂ）の下面図。
【図７】図６の（Ｃ）のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図８】図５に示すグリッパの作動説明図。
【図９】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１０】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１１】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）共に図３のロボットハンドにより仮止めパネル部品を把持するまでの過程を示す工程説明図。
【図１３】ロボットハンドに把持された仮止めパネル部品と図２のスポット溶接装置との相対位置関係を示す説明図。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）共に図１２のロケート・クランプ機構からのパネル部品の解放動作と、それに続くグリッパからのロケート・クランプ機構の解放動作を示す工程説明図。
【図１５】空荷状態となったロボットハンド側のグリッパの状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１…仮止めクランプ治具としてのロケート・クランプ機構（メカクランプ機構）
２…アーム
４…ロボットハンド
５…ハンドリングロボット
６…溶接手段としてのスポット溶接装置
７…パネル部品搬出用台車
８…メカクランプ回収箱
１０ａ…受け渡し位置
５０…パレット
５１…パネル置き台
５２…グリッパ
Ｍ…作業者
Ｐａ…パネル要素としてのアウタパネル
Ｐｂ…パネル要素としてのインナパネル
Ｗ…パネル部品
Ｗａ…仮止めパネル部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の各種パネル類に代表されるように二つ以上のパネル要素をもって構成されることになるパネル部品の溶接方法と部品組立方法およびそれらの方法に用いるハンドリングロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の部品組み立てに関する技術として例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載の技術では、複数の単品パネル要素の集合体をもって構成されることになるパネル部品の溶接組み立てを行うにあたり、直交３軸の動作自由度に加えてロケートピンによる位置決め機能をクランプ機能とを有するロケータ装置を多数配置して組立治具とし、この組立治具に対してパネル部品を構成することになる単品パネル要素を同時投入して、個々のロケータ装置にてそれぞれの単品パネル要素を位置決めクランプする一方、特定のロケータ装置のアプローチ動作にて単品パネル要素相互の相対位置決めを行った上で、溶接用ロボットが持つスポット溶接ガンにてスポット溶接を施して組み立てを行うようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２２５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の技術では、組立治具そのものが高機能であるために複数種類のパネル部品の組み立てを行うことができ、その汎用性に優れる一方、設備費が高価となるだけでなく、次に列挙するような問題点がある
（ａ）多数のロケータ装置の並設に伴う錯綜化によって構造も著しく複雑となり、例えば生産台数の変動により設備を移設したい場合でも簡単に移設することができない。
【０００５】
（ｂ）サイクルタイム内において、投入した単品パネル要素同士の相対位置決めに要する時間の割合が相対的に大きく、溶接用ロボットの稼働可能時間が短くなる。
【０００６】
（ｃ）設備の錯綜化に伴い特に狭隘なスペースへのスポット溶接ガンのアクセス性が悪く、必要な打点位置全てにスポット溶接を施すことができないことがある。
【０００７】
（ｄ）上記の（ｂ）および（ｃ）の傾向が顕著となる場合には、別途後工程でいわゆる増打ちを施さなければならず、工程数の増加が余儀なくされる。
【０００８】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、比較的パネル要素数が少ないいわゆる小物部品の組み立てに際して、パネル要素同士の相対位置決め精度の低下をもたらすことなく、簡素な設備構成で所期の目的を達成することができるようにした溶接方法と部品組立方法およびそれらの方法に用いるハンドリングロボットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、パネル部品を構成することになる複数のパネル要素同士の相対位置決めを行うべくその複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めし、上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて複数のパネル要素を把持した上で、上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と複数のパネル要素との相対位置決めを行いつつ溶接を施すことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、複数のパネル要素同士を溶接接合してパネル部品を組み立てる方法であって、パネル要素同士の相対位置決めを行うべくそのパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めして仮止めパネル部品とする仮組み工程と、上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて仮止めパネル部品を把持する把持工程と、上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と仮止めパネル部品との相対位置決めを行った上で溶接を施してパネル部品とする溶接工程と、溶接後に上記ハンドリングロボットの自律動作をもって仮止めクランプ治具による仮止め状態からパネル部品を解放する部品解放工程と、パネル部品の解放に続いて上記ハンドリングロボットの自律動作をもってロボット自体による把持状態から仮止めクランプ治具を解放する治具解放工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項１，２に言う溶接手段は、例えばスポット溶接装置とする。
【００１２】
この場合、請求項３に記載のように、先行するパネル部品の溶接工程から治具解放工程までの作業進捗と並行して、次なるパネル部品となるべき仮止めパネル部品の仮組み工程作業が別のステージにて実行されるように設定されていることが望ましく、さらに、請求項４に記載のように、上記把持工程と、溶接工程、部品解放工程および治具解放工程でのそれぞれの作業が互いに独立した別のゾーンにて行われるように設定されていることが望ましい。
【００１３】
加えて、パネル要素同士の相対位置決め精度の向上およびパネル要素の安定支持の上では、請求項５に記載のように、複数のパネル要素同士を複数の仮止めクランプ治具をもって仮止めするように設定されていて、ハンドリングロボットはその複数の仮止めクランプ治具を被把持部として仮止めパネル部品を把持するものであることが望ましい。
【００１４】
上記ハンドリングロボットとしては、請求項６に記載のように、パネル要素同士の仮止めを司る仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持するべく、その仮止めクランプ治具の把持とその解放とを行う脱着機能と、把持した仮止めクランプ治具自体が仮止めしているパネル要素をその仮止めクランプ治具から少なくとも解放させるべく当該仮止めクランプ治具をアンクランプ動作させるパネル要素解放機能とを備えているものを使用するものとする。
【００１５】
より望ましくは、請求項７に記載のように、ロボットハンドは、複数のパネル要素同士を仮止めする複数の仮止めクランプ治具の把持とその解放とが可能であり、ハンドリングロボット自体は、仮止めクランプ治具を被把持部として把持したパネル要素の姿勢と位置を任意に変更可能であるものとする。
【００１６】
したがって、少なくとも請求項１，２に記載の発明では、複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めする作業をいわゆるライン外作業として行うようにすれば、少なくとも上記仮止め作業に要する時間はサイクルタイムに影響しなくなり、サイクルタイムのうちでも最も重要な溶接に割り当てる時間を十分に長く確保することができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、パネル要素同士を仮止めクランプ治具にて予め仮止めして、この仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持した上で溶接に供するようにしているため、従来のような大がかりな組立治具は不要であり、その組立治具の簡素化によって設備費の低減が図れるとともに、溶接手段へのアクセス性も良好となり、サイクルタイムを長くすることなしに溶接手段の稼働可能時間を十分に長く確保することが可能となるほか、工程数の短縮化にも寄与できる。また、生産台数の変動等に対応するべく設備を移設したい場合にも、きわめて容易に設備を移設することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１以下の図面は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、例えば自動車用車体パネルのサブアセンブリ工程において、パネル要素としてのアウタパネルとインナパネルとの相対位置決めを行いながら重ね合わせた上で周縁部にスポット溶接を施すことにより、例えばホイールハウスメーン等のようなパネル部品を組み立てる場合の例を示している。
【００１９】
図１に示すように、予め所定の三次元形状にプレス成形されたアウタパネルＰａと枠状のインナパネルＰｂのフランジ部Ｆ，Ｆ同士を重ね合わせた上で、仮止めクランプ治具としての複数の小型のロケート・クランプ機構（以下、この機構を「メカクランプ機構」と略称するものとする）１にて位置決めクランプしてパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止めを施すことにより仮止めパネル部品Ｗａとし、この仮止めパネル部品ＷａのパネルＰａ，Ｐｂ同士を不離一体の関係とするべく図２の溶接組立工程Ｓに投入して、フランジ部Ｆ，Ｆ同士の重合部のうちメカクラン機構１による仮止め位置近傍にスポット溶接を施すものである。そして、溶接後に、その機能が不要となったメカクランプ機構１を取り外すことで製品としてのパネル部品Ｗが完成することになる。
【００２０】
ここで、上記メカクランプ機構１は、後述するように、アウタパネルＰａとインナパネルＰｂの双方のフランジ部Ｆに形成されたロケート穴Ｒに係合してそのロケート穴Ｒを基準にパネルＰａ，Ｐｂ同士の相対位置決めを行う機能と、その相対位置決め状態のままで双方のパネルＰａ，Ｐｂを重合方向に加圧拘束し、仮止めとして両者を自律的且つ堅固にクランプするいわゆるセルフクランプ機能を有している。
【００２１】
図２の溶接組立工程Ｓには、アーム２（図３参照）の先端にハンド脱着機構３を介して図３のようなロボットハンド（以下、単に「ハンド」と略称する）４が着脱可能に装着された汎用型のハンドリングロボット（以下、単に「ロボット」と略称する）５のほか、溶接手段としての据え置き型のスポット溶接装置６と、溶接後のパネル部品Ｗを順次ストレージしておいて所定量になった段階で次工程に搬出するためのパネル部品搬出用台車７、および先に述べたメカクランプ機構１を回収するためのメカクランプ回収ボックス８をそれぞれ配置してあるとともに、パネル部品Ｗの仕様に応じてハンド４を持ち替えるために複数のハンド置き台９を用意してある。さらに、作業者Ｍの作業空間１０の近くには、複数の仕様のアウタパネルＰａとインナパネルＰｂとが収容された複数のパレット５０，５０‥と、パレット５０，５０‥から取り出したパネルＰａ，Ｐｂを一時的に仮置きするパネル置き台５１をそれぞれ配置してある。
【００２２】
そして、ロボット５のハンド４は、図３に示すように、メカクランプ機構１にて仮止めすることにより構成された仮止めパネル部品Ｗａを、そのメカクランプ機構１そのものを被把持部として堅固に把持することができるようになっている。すなわち、ハンド４には、仮止めパネル部品Ｗａにおける複数のメカクランプ機構１に個別に対応する位置に、そのメカクランプ機構１の把持と解放とが可能な複数のグリッパ５２を設けてある。さらに、そのグリッパ５２には、当該グリッパ５１にてメカクランプ機構１を把持した状態でそのメカクランプ機構１によるパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止め状態を解除できるいわゆるアンクランプ機能を有している。なお、上記メカクランプ機構１およびグリッパ５２の詳細は後述する。
【００２３】
ここで、上記のようにロボット５のアーム２ａ先端にハンド脱着機構３を介して既に特定のハンド４が装着されているものとすれば、ハンド置き台９には別の少なくとも一つのハンド４が待機していて、ロボット５は外部からの指令に応じハンド置き台９の間で自律的にそのハンド４の持ち替えを行うハンド自動交換機能を有している。
【００２４】
図４は上記メカクランプ機構１単独での詳細を示しており、同図（Ａ）はメカクランプ機構１がアウタパネルＰａとインナパネルＰｂを仮止めクランプした状態を、同図（Ｂ）は上記仮止め状態を解除するべくアンクランプした状態をそれぞれ示している。
【００２５】
図４（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、中空円筒状のボデイ１１の外周にはテーパ状のフランジ部１２ａと段状のショルダー部１２ｂを有すスリーブ１２をねじ部１２ｃをもって装着してあるとともに、そのボデイ１１の一端面には根元部側に着座面として機能する着座フランジ部１３を有するテーパ状のロケートピン１４を図示外の複数のボルトにて結合してある。
【００２６】
ロケートピン１４の一部には直径方向に貫通するすり割り溝１６を形成してあるとともに、このすり割り溝１６はボデイ１１の内部空間と連通していて、これらのすり割り溝１６およびボデイ１１の内部空間には略鉤形状の一対のクランプアーム１７を重ね合わせるようにして且つ左右対称に変位可能に挿入してある。また、ボデイ１１の他端面からその内部にカラー１８を挿入するとともに、そのカラー１８に案内させるかたちでボデイ１１と同心状の操作ピン１９をスライド可能に挿入してある。操作ピン１９はその一部がボデイ１１から突出しているとともに、端部には二枚分のクランプアーム１７の板厚を受容可能なスリット２０を形成してあり、このスリット２０にてクランプアーム１７の他端を受容した上で後述する連結ピン２１にて相互に連結してある。
【００２７】
クランプアーム１７はその鉤形状の先端部１７ａをロケートピン１４の根元部の開口部から外部に臨ませてある一方、他端部を操作ピン１９のスリット２０に挿入した上で操作ピン１９の直径方向に貫通する連結ピン２１にて操作ピン１９に連結し、さらに略くの字状に形成された溝カム２２をボデイ１１の直径方向に横架されたガイドピン２３に係合させてある。
【００２８】
さらに、操作ピン１９の外周には皿ばね、輪ばねあるいはばね座金等の円環状のばね部材２４を積層配置した上で、操作ピン１９の端部に装着したばね受け座２５とスナップリング２５ａにてその抜け止めを施してある。このばね部材２４は図４に示すように操作ピン１９を介してクランプアーム１７を常時ボデイ１１内に引き込む方向、すなわちクランプアーム１７がクランプ力を発生する方向に常時付勢しており、これによってばね部材２４はクランプ力発生手段として機能することになる。
【００２９】
より詳しくは、図４の（Ａ）に示すように操作ピン１９に外力を加えない状態ではクランプアーム１７がばね部材２４による付勢力をもってクランプ位置Ｃ１にあって、そのクランプ状態を自己保持している一方、同図（Ｂ）に示すように操作ピン１９をボデイ１１内に押し込むべくその操作ピン１９をばね部材２４の付勢力に抗して押圧操作することによりクランプアーム１７がアンクランプ位置Ｃ２に移動するようになっており、特にクランプ状態では同図（Ａ）に示すようにそのクランプアーム１７の先端部１７ａと着座フランジ部１３とをもって先に述べたアウタパネルＰａとインナＰｂを挟圧状態としてクランプするようになっている。
【００３０】
一方、上記ロケートピン１４により位置決めされることになる相手側のパネル、すなわちアウタパネルＰａとインナパネルＰｂには図４に示すようにそのロケートピン１４に挿入されることになるロケート穴Ｒがそれぞれ形成されていて、ロケートピン１４とロケート穴Ｒとの相互嵌合と同時にアウタパネルＰａがロケートピン１４側の着座フランジ部１３に着座することでそのロケートピン１４の軸心方向での位置決めが同時になされるようになっている。
【００３１】
ここで、上記のメカクランプ機構１は、例えば特開平４−２８３０３４号公報あるいは特開２００１−１６２４６９号公報等に記載の公知のロケート装置の構造を基本として、それ自体が可搬式で且つ取り扱いが容易な超小型のものとするべく改良を加えたものである。特に特開平４−２８３０３４号公報に記載のものは、圧縮コイルばねをクランプ力発生源としていわゆるセルフクランプ機能を有するものであるから、上記メカクランプ機構１は同公報に記載の構造を極小化したものと理解することができる。
【００３２】
図５は先に図３に示したロボット５に持たせたアクチュエータ駆動のグリッパ５２を拡大した概略斜視図であり、さらに図６，７はその詳細をそれぞれ示している。このグリッパ５２は、対向配置したグリッパ本体部としての二つ一組のグリッパブロック２６に対して、大径且つ長ストロークのグリッパシリンダ２７と、小径且つ小ストロークのアンクランプシリンダ２８とを直列に連結することにより構成してある。なお、ここではグリッパシリンダ２７およびアンクランプシリンダ２８としてエアシリンダが採用されていて、同時にアンクランプシリンダ２８は後述するようにアンクランプ操作手段として機能することになる。
【００３３】
二つ一組のグリッパブロック２６は、所定の間隙を隔てて対向させることにより、先に述べたメカクランプ機構１と噛み合う受容穴２９とともにグリッパアーム収容空間３０を形成している。そして、図６，７のほか図８，９に示すように、そのグリッパアーム収容空間３０には、対向配置されて且つ開閉可能な一対のプレート状のグリッパアーム３１ととともに双方のグリッパアーム３１が共有することになるバー状の中間レバー３２を収容してあり、各グリッパアーム３１は中間レバー３２に対してヒンジピン３３にて揺動可能に連結してある。なお、受容穴２９の奥部には、図７に示すようにメカクランプ機構１側のスリーブ１２のフランジ部１２ａ（図４参照）に着座する着座面３４を形成してある。
【００３４】
また、各グリッパアーム３１には略くの字状の溝カム３５が形成してあり、この溝カム３５を双方のグリッパブロック２６，２６間に掛け渡したガイドピン３６に係合させてある。したがって、中間レバー３２を後述するピストンロッド３９とともにその軸心方向にスライド変位させることで、溝カム３５とガイドピン３６との相対変位のために一対のグリッパアーム３１，３１が開閉動作して、図１０に示すようにその閉動作をもってメカクランプ機構１を把持する一方、図９に示すようにその開動作をもってメカクランプ機構１を解放することになる。
【００３５】
図７のほか図９に示すように、グリッパシリンダ２７は、シリンダチューブ３７内に配置されたピストン３８のほか、それと一体の中空状のピストンロッド３９および二つの流出入ポート４０，４１を備えていて、ピストンロッド３９の先端には先に述べた中間レバー３２を連結してある。これにより、グリッパシリンダ２７の伸縮作動に応じて一対のグリッパアーム３１，３１がメカクランプ機構１の把持動作もしくはその解放動作を行うことになる。
【００３６】
他方、アンクランプシリンダ２８はグリッパシリンダ２７と同心状に配置してあり、シリンダチューブ４２内に配置されたピストン４３のほか、それと一体のピストンロッド４４および二つの流出入ポート４５，４６を備えていて、ピストンロッド４４は先に述べたグリッパシリンダ２７側の中空状のピストンロッド３９にスライド可能に内挿されている。そして、図１１に示すように一対のグリッパアーム３１，３１がメカクランプ機構１を把持した状態でアンクランプシリンダ２８を伸長動作させることにより、そのメカクランプ機構１の操作ピン１９を押圧操作することが可能となっている。
【００３７】
なお、図８において、４７，４８は各シリンダ２７，２８のエアの流出入ポートを切り換えるためのソレノイドバルブである。
【００３８】
次に、上記のようなメカクランプ機構１およびグリッパ５２の構造を前提として図２の溶接組立工程Ｓでの作業手順を図１２〜１５を参照しながら説明する。
【００３９】
図１，２のほか図１２の（Ａ）に示すように、作業者Ｍはパレット５０からアウタパネルＰａとインナパネルＰｂをセットとして取り出した上でパネル置き台５１に置き、予め手元に用意してあるメカクランプ機構１を用いて図１および図１２の（Ａ）の形態で双方のパネルＰａ，Ｐｂ同士を仮止めして、いわゆる仮止めパネル部品Ｗａを仮組みする。このパネル置き台５１上での作業者Ｍによる仮止め作業がいわゆる仮組み工程での作業となる。
【００４０】
なお、後述するようにスポット溶接装置６にて溶接されたパネル部品Ｗから回収されたメカクランプ機構１がメカクランプ回収箱８に収容されていることから、作業者Ｍは予め複数ロット分のメカクランプ機構１をメカクランプ回収箱８から取り出して手元に用意しておくものとする。同時に、パネル置き台５１の近くには先に述べたグリッパ５２と同等の機能を有する可搬式の脱着工具を予め用意しておき、この脱着工具を使ってメカクランプ機構１によるパネルＰａ，Ｐｂ同士の仮止め、すなわち図４に示したようなメカクランプ機構１のアンクランプ動作とクランプ動作を行わせることが望ましい。
【００４１】
一方、作業者Ｍの作業空間１０に隣接する受け渡し位置１０ａには図１２の（Ｂ）に示すようにグリッパ５２を上向き姿勢としたハンド４が予め待機しており、作業者Ｍはパネル置き台５１上にて仮組みした仮止めパネル部品Ｗａをハンド４に移載して位置決めする。すなわち、この時にはハンド４側のグリッパ５２は解放状態にあり、仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているそれぞれのメカクランプ機構１を対応するグリッパ５２に受容させることでハンド４に対する仮止めパネル部品Ｗａの一次的な位置決めがなされることになる。
【００４２】
ハンド４に対する仮止めパネル部品Ｗａの位置決め完了後、作業者Ｍがパネル置き台５１の近くに設けてある押釦スイッチ５３（図２参照）を押圧操作すると、ロボット５が起動して自律動作を開始する。ロボット５が自律動作を開始した以降は、それと並行して作業者Ｍは次のサイクルに備えるべく、パレット５０からアウタパネルＰａとインナパネルＰｂをセットとして取り出し、パネル置き台５１上にてメカクランプ機構１を用いて上記と同様に双方のパネルＰａ，Ｐｂ同士を仮止めして、いわゆる仮止めパネル部品Ｗａを仮組みする。
【００４３】
上記のようにロボット５が起動すると、最初にハンド４のグリッパ５２が把持動作することより、ハンド４は図１２の（Ｃ）に示すようにそれぞれのメカクランプ機構１を被把持部としてグリッパ５２にて仮止めパネル部品Ｗａを把持する。この把持動作がいわゆる把持工程での作業となる。さらに、ロボット５は予めティーチングしてある軌跡データ通りに移動を開始し、最初に図２のほか図１３に示すように仮止めパネル部品Ｗａを把持しているハンド４を上下反転させた上でその仮止めパネル部品Ｗａをスポット溶接装置６側に搬送する。そして、ロボット５によりスポット溶接装置６とハンド４側に把持されたままの仮止めパネル部品Ｗａとの相対位置決めが完了すると、スポット溶接装置６はメカクランプ機構１による仮止め位置近傍にスポット溶接を施し、上記のような相対位置決めとスポット溶接とを仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているメカクランプ機構１の数だけ繰り返すことになる。ここでのスポット溶接がいわゆる溶接工程での作業となる。
【００４４】
仮止めパネル部品Ｗａに付帯しているメカクランプ機構１の数だけ上記のスポット溶接が施されると、その時点でアウタ，インナのパネルＰａ，Ｐｂ同士が不離一体の関係となるが故に仮止めパネル部品Ｗａは製品たるパネル部品Ｗと化し、同時になおもパネル部品Ｗに付帯しているメカクランプ機構１はその機能を失うことになる。
【００４５】
そこで、ロボット５は溶接済みのパネル部品Ｗを図２の台車７まで搬送した上、図１３に示すようにハンド４にてメカクランプ機構１を把持したままの状態で、そのメカクランプ機構１を図４の（Ｂ）のようにアンクランプ動作させる。これにより、それまでのメカクランプ機構１による仮止め状態からパネル部品Ｗが解放されて、パネル部品Ｗはそのまま台車７に残されることになる。ここでの作業がいわゆる部品解放工程での作業となる。
【００４６】
溶接後のパネル部品Ｗを台車７側に解放して移載したならば、ロボット５はハンド４を図２のメカクランプ回収箱８の真上に移動させ、図１４の（Ａ）に示すようにそれぞれのグリッパ５２を解放動作させて、それまでのグリッパ５２によるメカクランプ機構１の把持状態を解除する。ここでの作業が治具解放工程での作業となる。それに伴い、各メカクランプ機構１はメカクランプ回収箱８に自重落下して回収される。そして、メカクランプ回収箱８に回収されたメカクランプ機構１は繰り返し使用される。
【００４７】
以上をもってロボット５のハンド４は図１５のように全くの空荷状態となることから、そのハンド４を初期姿勢（図１２の（Ｂ）の状態）に戻しながら図２の最初の受け渡し位置１０ａに移動させた上で停止する。以上をもってパネル部品Ｗの溶接のための１サイクルが終了する。
【００４８】
なお、図２において、細実線の矢印は作業者Ｍの動きを、太実線の矢印はロボット５の動きを、白抜き矢印は仮止めパネル部品Ｗａまたは溶接後のパネル部品Ｗの動きをそれぞれに示す。
【００４９】
以上のような一連のスポット溶接装置６によるスポット溶接動作、メカクランプ機構１の仮止め解除（アンクランプ動作）によるパネル部品Ｗの解放動作、およびハンド４側のグリッパ５２によるメカクランプ機構１の解放動作の間に、先に述べたようにパネル置き台５１側において作業者Ｍにより次の仮組みパネル部品Ｗａの仮組みが行われて待機していることから、受け渡し位置１０ａに戻ってきたハンド４に対して作業者Ｍが次の仮止めパネル部品Ｗａを位置決めすることで次のサイクルに移行し、以降は上記にサイクルを繰り返すことになる。なお、溶接対象となるパネル部品Ｗの仕様が異なる場合には、ロボット５は必要に応じてハンド置き台９との間でハンド４の持ち替えを行うことになる。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、作業者Ｍとロボット５とが併存している溶接組立工程でありながら、作業者Ｍは仮止めパネル部品Ｗａの仮組みとその供給を行う一方で、ロボット５は受け渡し位置１０ａからスポット溶接装置６への仮止めパネル部品Ｗａの供給および取り出しだけでなく、それに続く台車７への溶接後のパネル部品Ｗの搬出・投入を行うようになっているので、例えば溶接後のパネル部品Ｗの搬出を、受け渡し位置１０ａにおいて溶接前の仮止めパネル部品Ｗａの供給に先立って行う場合に比べて、サイクルタイムに占めるロボット稼働可能時間を長く確保することができ、ロボット５の能力を最大限に活用して効率的な生産を行えることになる。特に、パネル部品Ｗを構成することになるパネルのセット数が増えても、そのセット作業に要する時間はサイクルタイムに影響することはないから、一段と効率的な生産を行える。
【００５１】
また、図２の溶接組立工程Ｓは最小限の設備にて構成されているので、ロボット５やスポット溶接装置６等を予め移動可能に据え付けておけば、例えば生産台数の変動等により溶接組立工程全体を移設することも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の具体的な実施の形態として、仮止めパネル部品と仮止めクランプ治具であるロケート・クランプ機構との関係を示す断面説明図。
【図２】本発明が適用される溶接組立工程の概略平面説明図。
【図３】図１に示す仮止めパネル部品がロケート・クランプ機構を把持部としてロボットハンドに把持された状態を示す説明図。
【図４】図１，３に示すロケート・クランプ機構の詳細を示す図で、（Ａ）はそのクランプ状態を示す断面図、（Ｂ）はそのアンクランプ状態を示す断面図。
【図５】図３のグリッパの概略構造を示す斜視図。
【図６】（Ａ）は図５に示すグリッパの正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図、（Ｃ）は同図（Ｂ）の下面図。
【図７】図６の（Ｃ）のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図８】図５に示すグリッパの作動説明図。
【図９】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１０】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１１】図５に示すグリッパの作動を示す拡大説明図。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）共に図３のロボットハンドにより仮止めパネル部品を把持するまでの過程を示す工程説明図。
【図１３】ロボットハンドに把持された仮止めパネル部品と図２のスポット溶接装置との相対位置関係を示す説明図。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）共に図１２のロケート・クランプ機構からのパネル部品の解放動作と、それに続くグリッパからのロケート・クランプ機構の解放動作を示す工程説明図。
【図１５】空荷状態となったロボットハンド側のグリッパの状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１…仮止めクランプ治具としてのロケート・クランプ機構（メカクランプ機構）
２…アーム
４…ロボットハンド
５…ハンドリングロボット
６…溶接手段としてのスポット溶接装置
７…パネル部品搬出用台車
８…メカクランプ回収箱
１０ａ…受け渡し位置
５０…パレット
５１…パネル置き台
５２…グリッパ
Ｍ…作業者
Ｐａ…パネル要素としてのアウタパネル
Ｐｂ…パネル要素としてのインナパネル
Ｗ…パネル部品
Ｗａ…仮止めパネル部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル部品を構成することになる複数のパネル要素同士の相対位置決めを行うべくその複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めし、
上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて複数のパネル要素を把持した上で、
上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と複数のパネル要素との相対位置決めを行いつつ溶接を施すことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
複数のパネル要素同士を溶接接合してパネル部品を組み立てる方法であって、
パネル要素同士の相対位置決めを行うべくそのパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めして仮止めパネル部品とする仮組み工程と、
上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて仮止めパネル部品を把持する把持工程と、
上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と仮止めパネル部品との相対位置決めを行った上で溶接を施してパネル部品とする溶接工程と、
溶接後に上記ハンドリングロボットの自律動作をもって仮止めクランプ治具による仮止め状態からパネル部品を解放する部品解放工程と、
パネル部品の解放に続いて上記ハンドリングロボットの自律動作をもってロボット自体による把持状態から仮止めクランプ治具を解放する治具解放工程と、
を含むことを特徴とする部品組立方法。
【請求項３】
先行するパネル部品の溶接工程から治具解放工程までの作業進捗と並行して、次なるパネル部品となるべき仮止めパネル部品の仮組み工程作業が別のステージにて実行されるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の部品組立方法。
【請求項４】
上記把持工程と、溶接工程、部品解放工程および治具解放工程でのそれぞれの作業が互いに独立した別のゾーンにて行われるように設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の部品組立方法。
【請求項５】
複数のパネル要素同士を複数の仮止めクランプ治具をもって仮止めするように設定されていて、ハンドリングロボットはその複数の仮止めクランプ治具を被把持部として仮止めパネル部品を把持するものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の部品組立方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの方法において、複数のパネル要素同士を仮止めした状態でそれらのパネル要素を搬送するハンドリングロボットであって、
パネル要素同士の仮止めを司る仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持するべく、その仮止めクランプ治具の把持とその解放とを行う脱着機能と、
把持した仮止めクランプ治具自体が仮止めしているパネル要素をその仮止めクランプ治具から少なくとも解放させるべく当該仮止めクランプ治具をアンクランプ動作させるパネル要素解放機能と、
を備えていることを特徴とするハンドリングロボット。
【請求項７】
ロボットハンドは、複数のパネル要素同士を仮止めする複数の仮止めクランプ治具の把持とその解放とが可能であり、
ハンドリングロボット自体は、仮止めクランプ治具を被把持部として把持したパネル要素の姿勢と位置を任意に変更可能であることを特徴とする請求項６に記載のハンドリングロボット。
【請求項１】
パネル部品を構成することになる複数のパネル要素同士の相対位置決めを行うべくその複数のパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めし、
上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて複数のパネル要素を把持した上で、
上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と複数のパネル要素との相対位置決めを行いつつ溶接を施すことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
複数のパネル要素同士を溶接接合してパネル部品を組み立てる方法であって、
パネル要素同士の相対位置決めを行うべくそのパネル要素同士を仮止めクランプ治具にて仮止めして仮止めパネル部品とする仮組み工程と、
上記仮止めクランプ治具を被把持部としてハンドリングロボットにて仮止めパネル部品を把持する把持工程と、
上記ハンドリングロボットの自律動作をもって溶接手段と仮止めパネル部品との相対位置決めを行った上で溶接を施してパネル部品とする溶接工程と、
溶接後に上記ハンドリングロボットの自律動作をもって仮止めクランプ治具による仮止め状態からパネル部品を解放する部品解放工程と、
パネル部品の解放に続いて上記ハンドリングロボットの自律動作をもってロボット自体による把持状態から仮止めクランプ治具を解放する治具解放工程と、
を含むことを特徴とする部品組立方法。
【請求項３】
先行するパネル部品の溶接工程から治具解放工程までの作業進捗と並行して、次なるパネル部品となるべき仮止めパネル部品の仮組み工程作業が別のステージにて実行されるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の部品組立方法。
【請求項４】
上記把持工程と、溶接工程、部品解放工程および治具解放工程でのそれぞれの作業が互いに独立した別のゾーンにて行われるように設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の部品組立方法。
【請求項５】
複数のパネル要素同士を複数の仮止めクランプ治具をもって仮止めするように設定されていて、ハンドリングロボットはその複数の仮止めクランプ治具を被把持部として仮止めパネル部品を把持するものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の部品組立方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの方法において、複数のパネル要素同士を仮止めした状態でそれらのパネル要素を搬送するハンドリングロボットであって、
パネル要素同士の仮止めを司る仮止めクランプ治具を被把持部としてパネル要素を把持するべく、その仮止めクランプ治具の把持とその解放とを行う脱着機能と、
把持した仮止めクランプ治具自体が仮止めしているパネル要素をその仮止めクランプ治具から少なくとも解放させるべく当該仮止めクランプ治具をアンクランプ動作させるパネル要素解放機能と、
を備えていることを特徴とするハンドリングロボット。
【請求項７】
ロボットハンドは、複数のパネル要素同士を仮止めする複数の仮止めクランプ治具の把持とその解放とが可能であり、
ハンドリングロボット自体は、仮止めクランプ治具を被把持部として把持したパネル要素の姿勢と位置を任意に変更可能であることを特徴とする請求項６に記載のハンドリングロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−６９２２０（Ｐ２００７−６９２２０Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５５９１０（Ｐ２００５−２５５９１０）
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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