特開 2024-144959 締結装置、及び締結方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144959

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】締結装置、及び締結方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20241004BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B23P19/06 M

B25J13/08 A

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057155

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】有光 健

(72)【発明者】

【氏名】石塚 康孝

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS12

3C707FS01

3C707FS06

3C707HS27

3C707KS07

3C707KS33

3C707KS35

3C707KT01

3C707KT05

3C707KT11

3C707KW03

3C707KW05

3C707KX10

3C707LU06

(57)【要約】

【課題】ボルトの締結処理にかかる時間を短縮する締結装置、締結方法を提供する。
【解決手段】締結手段を締結することで、組付け部品を被組付け部品に組み付ける締結装置であって、第一締結穴を有する前記組付け部品が、第二締結穴を有する前記被組付け部品の上部に載置された状態で、少なくとも前記第一締結穴を含む領域を撮像する撮像手段と、撮像画像に基づいて、前記第一締結穴の第一位置、及び前記第二締結穴の第二位置を算出する制御手段とを備える。前記制御手段は、ロボットを制御して、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させ、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じて前記ロボットを制御して前記締結手段を締結させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

締結手段を締結することで、組付け部品を被組付け部品に組み付ける締結装置であって、
第一締結穴を有する前記組付け部品が、第二締結穴を有する前記被組付け部品の上部に載置された状態で、少なくとも前記第一締結穴を含む領域を撮像する撮像手段と、
撮像画像に基づいて、前記第一締結穴の第一位置、及び前記第二締結穴の第二位置を算出する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、ロボットを制御して、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させ、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じて前記ロボットを制御して前記締結手段を締結させる、
締結装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記撮像画像が前記第二締結穴の少なくとも一部の画像を含む場合、前記撮像画像の前記第二締結穴の画像に基づいて前記第二締結穴の前記第二位置を算出する、
請求項１に記載の締結装置。

【請求項3】

前記被組付け部品の輪郭から前記第二締結穴までの距離を示す距離情報を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記撮像画像が前記第二締結穴の少なくとも一部の画像を含んでいない場合、前記撮像画像における前記被組付け部品の前記輪郭の位置と、前記距離情報とに基づいて前記第二位置を算出する、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項4】

前記締結手段にかかる力を計測する力覚センサをさらに備え、
前記制御手段は、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる時に、前記力覚センサによるセンサ値が第一閾値を超える場合、前記移動を停止させる、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項5】

前記締結手段にかかる力を計測する力覚センサ、前記締結手段の移動量を計測する変位センサの少なくともいずれかのセンサを備え、
前記制御手段は、前記センサによるセンサ値又は前記センサ値の変化量が第二閾値を超える場合に、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことを検出する、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動後に、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことが検出されない場合、前記ロボットを制御して、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を、移動方向を変更させながら往復動させる、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項7】

前記制御手段は、算出した前記第一位置と前記第二位置との距離が所定値未満である場合に、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させることなく前記締結手段を締結させる、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項8】

前記組付け部品は、複数の前記第一締結穴を有し、
前記複数の第一締結穴のうち、一部の前記第一締結穴は、他の前記第一締結穴よりも後に締結処理が行われ、
前記制御手段は、前記他の第一締結穴の前記締結手段の締結状態を緩めた状態で、前記締結手段が前記一部の第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる、
請求項１又は請求項２に記載の締結装置。

【請求項9】

締結手段を締結することで、組付け部品を被組付け部品に組み付ける締結方法であって、
第一締結穴を有する前記組付け部品が、第二締結穴を有する前記被組付け部品の上部に載置された状態で、少なくとも前記第一締結穴を含む領域を撮像する撮像工程と、
撮像画像に基づいて、前記第一締結穴の第一位置、及び前記第二締結穴の第二位置を算出する算出工程と、
ロボットを制御して、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる移動工程と、
前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じて前記ロボットを制御して前記締結手段を締結させる締結工程と、
を有する締結方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、締結装置、及び締結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車のバッテリパック等の製品の製造において、工程の自動化が求められている。自動化が求められる工程のひとつに、ボルトやネジなどの締結手段を、ワーク上の締結穴に挿入して締結するボルトの締結工程が挙げられる。
締結工程の自動化の例として、例えば、特許文献１がある。特許文献１では、締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように座標を算出することで、締結穴の位置を広範囲において探索する処理を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２０３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１は、ネジが締結穴内に入っていない場合、ある地点を中心として外向きに広がるスパイラル状に締結穴を探索する締結装置を開示する。このように、スパイラル状に探索することにより、締結穴の探索に時間がかかるという課題がある。

【0005】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ボルトの締結処理にかかる時間を短縮する締結装置、締結方法を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る締結装置、及び締結方法は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る締結装置は、締結手段を締結することで、組付け部品を被組付け部品に組み付ける締結装置である。締結装置は、撮像手段と、制御手段とを備える。撮像手段は、第一締結穴を有する前記組付け部品が、第二締結穴を有する前記被組付け部品の上部に載置された状態で、少なくとも前記第一締結穴を含む領域を撮像する。制御手段は、撮像画像に基づいて、前記第一締結穴の第一位置、及び前記第二締結穴の第二位置を算出する。前記制御手段は、ロボットを制御して、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させ、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じて前記ロボットを制御して前記締結手段を締結させる。

【0007】

（２）：上記（１）の態様において、前記制御手段は、前記撮像画像が前記第二締結穴の少なくとも一部の画像を含む場合、前記撮像画像の前記第二締結穴の画像に基づいて前記第二締結穴の前記第二位置を算出するものである。

【0008】

（３）：上記（１）または（２）の態様において、締結手段は、前記被組付け部品の輪郭から前記第二締結穴までの距離を示す距離情報を記憶する記憶手段を備える。前記制御手段は、前記撮像画像が前記第二締結穴の少なくとも一部の画像を含んでいない場合、前記撮像画像における前記被組付け部品の前記輪郭の位置と、前記距離情報とに基づいて前記第二位置を算出するものである。

【0009】

（４）：上記（１）～（３）のうちいずれかの一つの態様において、締結装置は、前記締結手段にかかる力を計測する力覚センサをさらに備える。前記制御手段は、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる時に、前記力覚センサによるセンサ値が第一閾値を超える場合、前記移動を停止させるものである。

【0010】

（５）：上記（１）～（４）のうちいずれかの一つの態様において、前記締結装置は、前記締結手段にかかる力を計測する力覚センサ、前記締結手段の移動量を計測する変位センサの少なくともいずれかのセンサを備える。前記制御手段は、前記センサによるセンサ値又は前記センサ値の変化量が第二閾値を超える場合に、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことを検出するものである。

【0011】

（６）：上記（１）～（５）のうちいずれかの一つの態様において、前記制御手段は、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動後に、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことが検出されない場合、前記ロボットを制御して、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を、移動方向を変更させながら往復動させるものである。

【0012】

（７）：上記（１）～（６）のうちいずれかの一つの態様において、前記制御手段は、算出した前記第一位置と前記第二位置との距離が所定値未満である場合に、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、前記締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させることなく前記締結手段を締結させるものである。

【0013】

（８）：上記（１）～（７）のうちいずれかの一つの態様において、前記組付け部品は、複数の前記第一締結穴を有する。前記複数の第一締結穴のうち、一部の前記第一締結穴は、他の前記第一締結穴よりも後に締結処理が行われる。前記制御手段は、前記他の第一締結穴の前記締結手段の締結状態を緩めた状態で、前記締結手段が前記一部の第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる。

【0014】

（９）：この発明の一態様に係る締結方法は、第一締結穴を有する前記組付け部品が、第二締結穴を有する前記被組付け部品の上部に載置された状態で、少なくとも前記第一締結穴を含む領域を撮像する撮像工程と、撮像画像に基づいて、前記第一締結穴の第一位置、及び前記第二締結穴の第二位置を算出する算出工程と、ロボットを制御して、前記第一位置に基づいて前記締結手段を前記第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が前記第一締結穴に挿入された状態の前記組付け部品を前記第二位置の方向に移動させる移動工程と、前記締結手段が前記第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じて前記ロボットを制御して前記締結手段を締結させる締結工程と、を有する。

【発明の効果】

【0015】

（１）～（９）によれば、ボルトの締結処理にかかる時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施の形態における締結装置の全体図である。

【図2】本実施の形態における締結装置のハードウェア構成図を表す。

【図3】本実施の形態における締結装置の処理の流れ説明するフローチャートである。

【図4】上穴と下穴との位置関係を模式的に表す図である。

【図5】矯正処理の一例を模式的に表す図である。

【図6】矯正処理の流れを説明するフローチャートである。

【図7】挿入状態の検出処理について説明する図である。

【図8】矯正処理の一例を模式的に表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の一実施形態について、図１～図８に基づいて説明すると以下のとおりである。

【0018】

（締結装置の構成）
図１及び図２を用いて実施形態に係る締結装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態における締結装置１０の全体図である。図２は、本実施の形態における締結装置のハードウェア構成図を表す。本実施の形態における締結装置１０は、例えば、ロボットハンド１５、制御装置１１、ナットランナ制御部１３、及び制御盤１４を備える。ロボットハンド１５は、例えば、撮像装置５１、ナットランナ５２、ソケット５３、力覚センサ５４、及び変位センサ５５を備える。

【0019】

図１に示すワーク載置部６０には、ベース部材２０（被組付け部品）が載置される。ロボットハンド１５は、架台の上に設置されている。本実施の形態における締結装置１０は、一例としてベース部材２０にバスバー３０（組付け部品、図１、図２に不図示）を組み付ける。

【0020】

なお、本実施形態において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とは、締結手段の挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する２本の直線のそれぞれに平行な方向であり、Ｚ軸方向とは、ネジの挿入方向と平行な方向である。

【0021】

ロボットハンド１５は、例えば、６軸の多関節ロボットハンドである。ロボットハンド１５は、複数のリンクと、各リンクを回転可能に連結する関節部と、を有する多関節型アームとして構成される。各関節部には、各関節部を駆動させるアクチュエータ（不図示）が設けられる。アクチュエータは、例えば、モータ、油圧式や空気圧式の駆動部などである。

【0022】

撮像装置５１は、例えば、電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）等の撮像素子と、光学系としてのレンズ部とを有する。撮像装置５１は、ワーク載置部６０に載置された部材を撮像して、撮像画像データを生成する。

【0023】

ナットランナ５２は、ロボットハンド１５の先端部に装着されたハンドツール等である。ナットランナ５２は、駆動部の駆動によって該軸を中心に回転可能なソケット５３を有する。ソケット５３は、ナットランナ５２の先端部に装着される。ソケット５３は、例えば、マグネットによる磁気吸着機能（あるいは真空吸着機能）を有し、当該機能を用いてボルト４０を保持する。

【0024】

ナットランナ５２は、制御装置１１からの制御信号に応じて、軸を中心にソケット５３を回転させる。また、ナットランナ５２は、ナットランナ制御部１３からの制御信号に応じて、ソケット５３の回転を停止させる。これにより、ソケット５３の凹部がボルト４０の頭部に嵌合する。

【0025】

力覚センサ５４、及び変位センサ５５は、ロボットハンド１５の先端部に取り付けられる。力覚センサ５４は、例えば、６軸成分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向の力成分、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向のモーメント成分）を検出可能な接触覚センサである。

【0026】

力覚センサ５４は、ナットランナ５２のソケット５３がボルト４０に接触したときに、ソケット５３のボルト４０に対する接触状態の変化を検出する。すなわち、力覚センサ５４は、ソケット５３がボルト４０から受ける接触力（反力）の３軸成分、及び、接触力のモーメントの３軸成分を逐次検出する。力覚センサ５４は、６軸成分の検出結果を制御装置１１に順次出力する。

【0027】

力覚センサ５４は、モータのトルクを検出するトルクセンサであってもよい。この場合、複数のトルクセンサはモータのトルクを検出し、検出結果を制御装置１１に出力する。制御装置１１の検出部は、複数のトルクセンサの検出結果に基づいて、ボルト４０に対するソケット５３の接触力の変化を推定する。

【0028】

変位センサ５５は、センサから物体までの距離を測定する。変位センサ５５は、測定した位置情報に基づいて、物体がある位置から他の位置まで移動したときの移動量（変位）を測定する。本実施の形態における変位センサ５５は、例えば、ボルト４０のＺ軸方向の移動量を測定する。

【0029】

制御装置１１は、ＩＰＵ（Intelligence Processing Unit）等のプロセッサとメモリとを用いて構成される。メモリは、例えば、半導体メモリであり、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、一次的な作業領域を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。制御装置１１は、メモリに格納されているプログラムを読み出して各機器の動作を制御する。

【0030】

制御装置１１は、ロボットハンド１５に制御信号を供給することにより、ロボットハンド１５を動作させる。具体的には、制御装置１１は、ロボットハンド１５のアクチュエータを駆動させ、アクチュエータの軸を回転させる。制御装置１１は、センサの検知結果からソケット５３とボルト４０との接触状態や変位の時間変化を波形データとして検出する。制御装置１１は、撮像装置５１が生成した撮像画像データに基づいて処理を行う。

【0031】

ナットランナ制御部１３は、ナットランナ５２の回転を制御する。ナットランナ制御部１３は、例えば、ソケット５３の回転に伴いトルクアップを検知すると、制御装置１１に対して締結完了信号を送信する。制御盤１４は、例えば、アンプ、電源、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を有する。

【0032】

図３は、本実施の形態における締結装置１０の処理の流れ説明するフローチャートである。図３では、ボルト４０を締結することによって、バスバー３０をベース部材２０に組み付ける処理を例示する。ベース部材２０及びバスバー３０のそれぞれは締結穴を有する。締結装置１０は、ベース部材２０の締結穴と、バスバー３０の締結穴とにボルト４０を挿入し締結させる。

【0033】

以下、ベース部材２０の締結穴２１を下穴、バスバー３０の締結穴３１を上穴とも称する。なお、本実施の形態では、組付け部品としてバスバー３０を例示し、被組付け部品としてベース部材２０を例示するが、この例に限定されるものではない。他の部材同士を組み付ける場合についても適用可能である。バスバー３０は、本実施の形態における組付け部品の一例である。本実施の形態における組付け部品は、ブラケットや、他の共締め部品等であってもよい。ブラケットは、部材同士を結合するために使用する支持具、取付け金具である。また、本実施の形態では、締結手段としてボルト４０を例示するが、この例に限定されるものではない。ネジ又は他の部材であってもよい。

【0034】

ベース部材２０が搬送され、ワーク載置部６０に配置される。ロボットハンド１５は、ワーク載置部６０に配置されたベース部材２０の上に、組付け対象の部品であるバスバー３０を載置する（ステップＳ１１）。制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、バスバー３０を把持させるとともに、予め指示された目標座標にバスバー３０を載置させる。

【0035】

撮像装置５１は、ベース部材２０の上にバスバー３０が載置された状態で、上部から、少なくともバスバー３０の上穴３１を含む領域を撮像する（ステップＳ１２）。撮像装置５１は、これにより、少なくとも上穴３１を含む領域の撮像画像データを生成する。

【0036】

制御装置１１は、生成された撮像画像データから上穴３１の画像を検出し、撮像画像データにおける上穴３１の中心位置を算出する（ステップＳ１３）。制御装置１１は、撮像画像データから上穴３１の輪郭を検出する。メモリは、例えば、バスバー３０における上穴３１の輪郭から、中心座標までの距離（Ｘ軸の距離、Ｙ軸の距離）の情報を記憶する。制御装置１１は、検出した上穴３１の輪郭の位置情報と、メモリから読み出した距離情報とに基づいて、撮像画像データにおける上穴３１の中心位置を算出する。制御装置１１は、算出した上穴３１の中心位置を空間座標に変換して、上穴３１の中心座標を算出する。

【0037】

制御装置１１は、ベース部材の下穴２１の少なくとも一部の画像が、撮像画像データに含まれているか否かを判定する（ステップＳ１４）。バスバー３０とベース部材２０との間の位置のずれが少なく、上穴３１と下穴２１との間の距離が小さい場合、例えば、上穴３１の内側から下穴２１の一部又は全部が覗く。この場合、撮像画像データには、下穴２１の少なくとも一部の画像が含まれる。

【0038】

ベース部材２０の搬送過程で、様々な影響によって配置されたベース部材２０の位置がずれる場合がある。または、バスバー３０を載置する過程で、ベース部材２０又はバスバー３０の位置がずれる場合がある。このような場合、上穴３１と下穴２１との間の距離が大きくなることがある。バスバー３０とベース部材２０との間の位置ずれが大きく、上穴３１と下穴２１との間の距離が大きい場合、例えば、下穴２１はバスバー３０によって隠れる、又はバスバー３０の周辺（外側）に位置する。

【0039】

下穴２１がバスバー３０によって覆われる場合、撮像画像データから下穴２１の画像は検出されない。一方、バスバー３０の周辺に下穴２１が位置する場合、撮像画像データから、バスバー３０の外側に下穴２１の少なくとも一部の画像が検出される。

【0040】

図４は、上穴３１と下穴２１との位置関係を模式的に表す図である。図４（ａ）は、上穴３１の内側から下穴２１の一部が覗いている状態を表す。このような状態で上穴３１を上部から撮像した場合、下穴２１の少なくとも一部の画像が撮像画像データに含まれる。一方、図４（ｂ）は、バスバー３０の載置位置がずれたことにより、バスバー３０によって下穴２１が覆われている状態を表す。このような状態で上穴３１を上部から撮像した場合、下穴２１の画像は撮像画像データに含まれない。

【0041】

このように、上穴３１と下穴２１との位置関係に応じて、撮像画像データに下穴２１の画像が含まれるか否かが異なる。図３のフローチャートに戻り、制御装置１１は、生成された撮像画像データに基づいて、下穴２１の中心座標を算出する。

【0042】

撮像画像データから下穴の画像が検出される場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、制御装置１１は、撮像画像データの下穴２１の画像に基づいて、下穴２１の中心座標を算出する（ステップＳ１５）。例えば、制御装置１１は、撮像画像データから、下穴２１の一部又は全部の輪郭を検出する。制御装置１１は、撮像画像データにおける、上穴３１の輪郭と下穴２１の輪郭との位置関係に基づいて、下穴２１の中心位置を算出する。例えば、制御装置１１は、上穴３１と下穴２１との間の距離を取得し、上穴３１の中心位置と、取得した距離とに基づいて下穴２１の中心位置を算出する。制御装置１１は、算出した下穴２１の中心位置を空間座標に変換して、下穴２１の中心座標を算出する。

【0043】

一方、撮像画像データから下穴の画像が検出されない場合（ステップＳ１４のＮｏ）、制御装置１１は、例えば、撮像画像データから検出されるベース部材２０の輪郭に基づいて、下穴２１の中心座標を算出する。本実施の形態における輪郭は、例えば、ベース部材２０の外側の形状やフォルムを示す。外側の輪郭をキャラクタラインとも称する。

【0044】

制御装置１１は、撮像画像データから、ベース部材２０の輪郭を検出する（ステップＳ１６）。制御装置１１は、例えば、パターンマッチング等の技術を利用して、輪郭を検出する。制御装置１１は、撮像画像データの別の解析処理に基づいて輪郭をしてもよい。

【0045】

例えば、メモリは、ベース部材２０の輪郭から、下穴２１の中心座標までの距離（Ｘ軸の距離、Ｙ軸の距離）の情報を記憶する。制御装置１１は、検出した輪郭の位置情報と、メモリから読み出した距離情報に基づいて、撮像画像データにおける下穴２１の中心位置を算出する。制御装置１１は、算出した下穴２１の中心位置を空間座標に変換して、下穴２１の中心座標を算出する（ステップＳ１７）。

【0046】

なお、制御装置１１は、ベース部材２０の位置ずれ量に基づいて下穴２１の中心座標を算出してもよい。この場合、メモリは、例えば、ベース部材２０が適切に配置されている場合の、輪郭の位置、及び下穴２１の位置の情報を記憶する。制御装置１１は、撮像画像データに基づいて検出された輪郭の位置と、記憶された位置とを比較することで、ベース部材２０の位置ずれ量を取得する。制御装置１１は、取得した位置ずれ量と、適切に配置されている場合の下穴２１の位置情報に基づいて、撮像画像データにおける下穴２１の中心位置を算出する。これにより、制御装置１１は、空間における下穴２１の中心座標を算出できる。

【0047】

バスバー３０の周辺に下穴２１が位置する場合、撮像画像データから下穴の画像が検出されるとして、ステップＳ１５にしたがって下穴２１の中心座標を算出することを例示した。ただし、バスバー３０の周辺に下穴２１が位置する場合、制御装置１１は、ステップＳ１６、Ｓ１７に従って、下穴２１の中心座標を算出してもよい。すなわち、制御装置１１は、バスバー３０によって下穴２１が隠れる場合と同様して、ベース部材２０の輪郭を検出することによって、下穴２１の中心座標を取得してもよい。

【0048】

制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、ボルト４０を把持させ、ステップＳ１３で算出された上穴３１の中心座標に移動させる（ステップＳ１８）。制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、把持したボルト４０を算出された上穴３１の中心座標に移動させることによって上穴３１に挿入させる。このように、撮像画像データに基づいて上穴３１の位置を検出することで、上穴３１にボルト４０を高精度に高速に挿入させることができる。

【0049】

制御装置１１は、矯正処理を行う（ステップＳ１９）。制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、バスバー３０の上穴３１にボルト４０が挿入された状態で、バスバー３０を移動させる。移動により上穴３１と下穴２１との位置が一致すると、ボルト４０がベース部材２０の下穴２１に落ち、ボルト４０が上穴３１及び下穴２１に挿入される。矯正処理の詳細について、図６のフローチャートで説明する。

【0050】

矯正処理の結果、ボルト４０が下穴２１に挿入されたことを検出すると、制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御してボルト４０を締結させる（ステップＳ２０）。制御装置１１は、ナットランナ制御部１３に指示し、ソケット５３を回転させることで、ボルト４０を締結させる。

【0051】

図５は、矯正処理の一例を模式的に表す図である。ボルト４０ａは、バスバー３０の上穴３１に挿入された状態であって、上穴３１と下穴２１とが一致していない状態を示す。矯正処理によって、上穴３１と下穴２１とが一致するように、ボルト４０ａごとバスバー３０が移動される。移動の結果、ボルト４０ｂは、バスバー３０の上穴３１に挿入されたまま、ベース部材２０の下穴２１に落ちる。ボルト４０ｂが下穴２１に落ちることによって、ボルト４０を締結可能な状態になったことがわかる。

【0052】

図６は、矯正処理の流れを説明するフローチャートである。制御装置１１は、上穴３１の中心座標と、下穴２１の中心座標との間の距離が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。当該距離が閾値以内である場合（ステップＳ３１のＹｅｓ）、上穴３１の位置と下穴２１の位置がほぼ一致していることを示し、上穴３１と下穴２１との位置合わせは不要であると判定される。この場合、制御装置１１は、Ｓ３２～Ｓ３７の処理を省略する。これにより、不要な処理を省略し効率化できる。

【0053】

ステップＳ３１における所定の閾値は、例えば、０．５ｍｍである。ただし、この例に限定されるものではない。所定の閾値は、例えば、ボルト４０の径や、部材のサイズや材質等に応じて設定されてもよい。

【0054】

一方、上穴３１の中心座標と、下穴２１の中心座標との間の距離が所定の閾値を超える場合（ステップＳ３１のＮｏ）、上穴３１と下穴２１の位置がずれていることを示す。したがって、制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、ボルト４０が上穴３１に挿入された状態のバスバー３０の移動を開始させる（ステップＳ３２）。具体的には、制御装置１１は、バスバー３０を、図３のステップＳ１５又はＳ１７で算出した下穴２１の中心座標の方向に直線移動させる。

【0055】

本実施の形態におけるロボットハンド１５は、ボルトチャック機構を備える。バスバー３０を把持する部位をチャックすることで、移動時にバスバー３０をリジッドな状態で把持することができる。これにより、ボルト４０のよれ、脱落等の事象の発生を抑制できる。また、ボルトチャック機構を備えることにより、バスバー３０のように比較的軽量の部品だけでなく、重量の大きい部品についても移動可能になる。

【0056】

制御装置１１は、バスバー３０の移動を開始させるとともに、力覚センサ５４が計測したセンサ値を取得する。制御装置１１は、取得したセンサ値が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ３３）。ボルト４０ごとバスバー３０を移動する場合、他の部品にひっかかる等の原因により、ボルト４０に大きな負荷がかかる場合がある。負荷がかかることによって、部材の重量に応じて、ボルト４０やベース部材２０に傷が生じたり、各部材が変形したりする可能性がある。

【0057】

したがって、制御装置１１は、移動開始時に、力覚センサ５４によって、ボルト４０にかかる力の大きさを測定する。制御装置１１は、ボルト４０にかかる力が所定の閾値以上の場合（ステップＳ３３のＹｅｓ）、異常状態が発生していると判定する。そこで、制御装置１１は、警告を報知して（ステップＳ３４）、矯正処理を終了する。このように、バスバー３０の移動開始時にボルト４０への負荷を判定することで、異常状態の発生を早期に抑制できる。

【0058】

一方、センサ値が閾値未満の場合（ステップＳ３３のＮｏ）、制御装置１１はバスバー３０の移動を継続する。制御装置１１は、バスバー３０を移動させながらボルト４０の下穴２１への挿入状態を検出する（ステップＳ３５）。すなわち、制御装置１１は、ボルト４０が下穴２１に落ちたか否かを検出する。

【0059】

図７は、挿入状態の検出処理について説明する図である。本実施の形態における制御装置１１は、力覚センサ５４や変位センサ５５のセンサ値に基づいて、下穴２１にボルト４０が挿入されたか否かを検出する。

【0060】

力覚センサ５４は、図７の矢印Ｙ１で表される方向の力（反力値）を測定する。移動時においてボルト４０が下穴２１に落ちていない状態では、ボルト４０がベース部材２０に接地していることにより、ベース部材２０からのＺ軸方向の反力は一定範囲に維持される。一方、ボルト４０が下穴２１に落ちた場合、当該反力値が低下する。制御装置１１は、力覚センサ５４からＺ軸方向の反力値を取得し、反力値が所定の閾値を超えた場合に、Ｚ軸方向にボルト４０にかかる力が変化したことを検知する。または、制御装置１１は、反力値の変化量が所定の閾値を超えた場合に、Ｚ軸方向にボルト４０にかかる力が変化したことを検知してもよい。これにより、制御装置１１は、ボルト４０が下穴２１に落ちたこと、すなわち、ボルト４０が下穴２１に挿入されたことを検出する。

【0061】

変位センサ５５は、例えば、図７の矢印Ｙ２で表されるＺ軸方向の変位を測定する。移動時においてボルト４０が下穴２１に落ちていない状態では、ボルト４０のＺ軸方向の位置は大きく変化しない。一方、ボルト４０が下穴２１に落ちた場合、位置が大きく変化することに伴い変位量が一時的に増加する。制御装置１１は、変位量が所定の閾値を超えた場合に、ボルト４０の位置が急速に変化したことを検知する。または、制御装置１１は、変位量の変化度合いが所定の閾値を超えた場合に、ボルト４０の位置が急速に変化したことを検知してもよい。これにより、制御装置１１は、ボルト４０が下穴２１に落ちたこと、すなわち、ボルト４０が下穴２１に挿入されたことを検出する。

【0062】

このように、力覚センサ５４、変位センサ５５等のセンサ値を用いて、挿入状態を検出することで、ボルト４０が適切に挿入されているか否かを高精度に検出できる。これにより、ボルト４０の挿入状態が適切ではない状態や不十分な状態で締結処理が実行され、部材が傷ついたり破損したりする事態を回避できる。本実施の形態では、ボルト４０ごとバスバー３０を移動することにより、移動時に、ボルト４０の傾きやよれが生じることがある。そこで、力覚センサ５４のセンサ値に基づく検出処理と、変位センサ５５のセンサ値に基づく検出処理とを組み合わせる。これにより、ボルト４０ごとバスバー３０を移動する場合において、ボルト４０の挿入状態を高精度に検出できる。

【0063】

なお、本実施の形態では、制御装置１１は、力覚センサ５４及び変位センサ５５が測定したセンサ値に基づいて、検出処理を行う場合を例示する。しかしながら、この例に限定されるものではない。制御装置１１は、力覚センサ５４、変位センサ５５のいずれか一方が測定したセンサ値に基づいて、検出処理を行ってもよい。もしくは、検出装置は、ボルト４０の締結時のトルク値に基づいてボルト４０の挿入されたことを判定してもよい。

【0064】

ボルト４０が下穴２１に挿入されたことが検出された場合（ステップＳ３６のＹｅｓ）、制御装置１１は矯正処理を終了する。一方、算出された下穴２１の中心座標の方向に直線移動してもボルト４０が下穴２１に挿入されたことが検出されない場合（ステップＳ３６のＮｏ）、制御装置１１は、別の方法に従って位置合わせを行う（ステップＳ３７）。制御装置１１は、周辺範囲から下穴２１の位置を探索しながら、上穴３１と下穴２１とを位置合わせすることで矯正処理を行う。

【0065】

撮像画像データに基づいて算出された下穴２１の位置に従って矯正処理を行ってもボルト４０が落ちない場合、例えば、次のような状況が想定される。バスバー３０の移動に連動してベース部材２０が位置ずれしてしまった場合や、ベース部材２０自体が傾いて配置された場合である。これらの場合、撮像画像データから算出した下穴２１の位置座標は、適切ではない場合がある。または、製造誤差により、ベース部材２０における下穴２１の位置がそもそもずれている場合がある。このような場合、制御装置１１は、別の方法に切り替えることによって、下穴２１の位置を探索する。

【0066】

例えば、制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、ボルト４０が挿入された状態のバスバー３０を、移動方向を変えながら往復動させる。具体的には、制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、現在のボルト４０の位置を中心として移動方向を変更させながら、バスバー３０を往復動させる。すなわち、制御装置１１は、全方位を対象として、周辺範囲から下穴２１の位置を探索する。このような探索を行うことで、下穴２１の位置が不明な場合であっても下穴２１の位置を検出できる。

【0067】

このように、本実施の形態における制御装置１１は、撮像画像データに基づいて下穴２１の位置を算出した場合であっても、挿入状態が検出されない場合、別の方法によって位置合わせを行う。このように、複数の異なる下穴２１の手法を組み合わせることによって、矯正処理の成功率を上げることができる。

【0068】

制御装置１１は、ステップＳ３７の工程にしたがって、ボルト４０が下穴２１に挿入されたことが検出された場合（ステップＳ３６のＹｅｓ）、制御装置１１は矯正処理を終了する。一方、別の探索方法にしたがってもボルト４０が下穴２１に挿入されたことが検出されない場合、制御装置１１は、警告を報知して矯正処理を終了する。

【0069】

図８は、矯正処理の一例を模式的に表す図である。図８は、上穴３１の内側から下穴２１の一部が覗いておらず、下穴２１がバスバー３０によって覆われている場合を例示する。

【0070】

図８（ａ）によると、ベース部材２０の下穴２１がバスバー３０によって覆われているため、撮像画像データから下穴２１の画像が検出されない。撮像画像データに上穴３１が画像は含まれるため、制御装置１１は、撮像画像データに基づいて、上穴３１の中心座標を算出する。また、制御装置１１は、撮像画像データからベース部材２０の輪郭を検出し、輪郭と下穴２１との距離情報とに基づいて下穴２１の中心座標を算出する。

【0071】

制御装置１１は、ロボットハンド１５を制御して、ボルト４０を算出した上穴３１の中心座標に移動させる。これにより、図８（ｂ）に示すように、バスバー３０の上穴３１にボルト４０が挿入される。制御装置１１は、上穴３１にボルト４０が挿入された状態のバスバー３０を、算出した下穴２１の中心座標の方向（Ｙ３）に直線移動させる。

【0072】

この結果、図８（ｃ）のように、ＸＹ平面上の下穴２１の位置にボルト４０が移動する。上穴３１と下穴２１のＸＹ平面上の位置が重なることにより、図８（ｄ）のようにボルト４０が下穴２１に落ちる。これにより、ボルト４０が上穴３１及び下穴２１に挿入された状態となる。この状態でボルト４０が締結されることで、バスバー３０がベース部材２０に組付けられる。

【0073】

以上のように、本実施形態の締結装置１０は、撮像手段５１と、制御手段１１とを備える。撮像手段は、第一締結穴（上穴）を有する組付け部品（例えば、バスバー）が、第二締結穴（下穴）を有する被組付け部品（例えば、ベース部材）の上部に載置された状態で、少なくとも第一締結穴を含む領域を撮像する。制御手段は、撮像画像に基づいて、第一締結穴の第一位置、及び第二締結穴の第二位置を算出する。制御手段は、ロボットを制御して、第一位置に基づいて締結手段を第一締結穴に移動し挿入させるとともに、当該締結手段が第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を第二位置の方向に移動させる。制御手段は、締結手段（例えば、ボルト）が第二締結穴へ挿入されたことの検出に応じてロボットを制御して締結手段を締結させる。上述したとおり、バスバーは本実施の形態における組付け部品の一例であり、ベース部材は、本実施の形態における被組付け部品の一例である。同様にして、ボルトは、本実施の形態における締結手段の一例である。

【0074】

このように、締結装置１０は、バスバー３０がベース部材２０の上に載置された状態で、少なくとも上穴３１の含む領域を撮像する。これにより、一度の撮像によって取得された撮像画像データに基づいて、上穴３１と下穴２１との位置関係を検出できる。撮像画像データにおける位置関係に基づくことにより、上穴３１及び下穴２１を高精度に算出できる。したがって、算出した上穴３１及び下穴２１の位置情報に基づいて、バスバー３０の上穴３１へのボルト４０の挿入を実現きるとともに、ボルト４０を上穴３１に挿入させた状態でバスバー３０を、下穴２１の位置方向に直線移動できる。これにより、下穴２１の周辺範囲からの探索処理も不要になる。このように、上穴３１と下穴２１との位置合わせを、少ない工程で、高精度に、高速に実現できる。したがって、締結処理を自動化するとともに、締結処理にかかる時間を短縮できる。

【0075】

また、本実施の形態における制御手段は、撮像画像が第二締結穴の少なくとも一部の画像を含む場合、撮像画像の第二締結穴の画像に基づいて第二締結穴の第二位置を算出する。このように、バスバー３０がベース部材２０の上に載置された状態で、少なくとも上穴３１の含む領域を撮像することで、撮像画像データに上穴３１の画像と下穴の画像の少なくとも一部とが含まれる場合、上穴３１と下穴２１との位置を検出できる。これにより、一度の撮像によって、上穴３１及び下穴２１それぞれの位置を算出できる。

【0076】

また、本実施の形態における締結装置は、被組付け部品の輪郭から第二締結穴までの距離を示す距離情報を記憶する記憶手段を備える。制御手段は、撮像画像が第二締結穴の少なくとも一部の画像を含んでいない場合、撮像画像における被組付け部品の輪郭の位置と、距離情報とに基づいて第二位置を算出する。これにより、バスバー３０によって下穴２１が隠れている場合であっても、撮像画像データに基づいて、下穴２１の位置を算出できる。このように、上穴３１と下穴２１の位置がずれている場合であっても、一度の撮像によって、上穴３１の位置に加えて下穴２１の位置を算出できる。

【0077】

また、本実施の形態における締結装置は、締結手段にかかる力を計測する力覚センサをさらに備える。制御手段は、締結手段が第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を第二位置の方向に移動させる時に、力覚センサによるセンサ値が第一閾値を超える場合、移動を停止させる。これにより、バスバー３０を上穴３１にボルト４０が挿入された状態で移動させる場合において、異常状態の発生を早期に検知できる。これにより、締結処理の自動化を促進する場合に、ボルト４０の変形や傷の発生を抑制できる。

【0078】

また、本実施の形態における締結装置は、締結手段にかかる力を計測する力覚センサ、締結手段の移動量を計測する変位センサの少なくともいずれかのセンサを備える。制御手段は、センサによるセンサ値又はセンサ値の変化量が第二閾値を超える場合に、締結手段が第二締結穴へ挿入されたことを検出する。これにより、下穴２１にボルト４０が挿入されたか否かを高精度に検出できる。このため、ボルト４０の挿入状態が適切ではない状態や不十分な状態で締結処理が実行され、部材が傷ついたり破損したりする事態を回避できる。したがって、締結処理の自動化を促進するとともに、高精度に締結処理を実現することができる。

【0079】

また、本実施の形態における制御手段は、締結手段が第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を第二位置の方向に移動後に、締結手段が第二締結穴へ挿入されたことが検出されない場合、ロボットを制御して、締結手段が第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を、移動方向を変更させながら往復動させる。このように、撮像画像データに基づいて算出した下穴２１の位置に移動させた場合であってもボルト４０を挿入できない場合、別の探索方法に切り替えることができる。このように、複数の異なる下穴２１の探索手法を組み合わせることによって、矯正処理の成功率を上げることができる。

【0080】

また、本実施の形態における制御手段は、算出した第一位置と第二位置との距離が所定値未満である場合に、次の処理を行う。すなわち、制御手段は、第一位置に基づいて締結手段を第一締結穴に移動し挿入させるとともに、締結手段が第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を第二位置の方向に移動させることなく締結手段を締結させる。これにより、上穴３１と下穴２１の位置合わせが不要な場合に、不要な工程を省略することができ、処理を効率化できる。

【0081】

（変形例）
上述した実施形態では、バスバー３０の単一の締結穴についてボルト４０で締結する場合を例示したが、複数の締結穴について締結する場合にも適用できる。例えば、バスバー３０は複数の締結穴を有する。例えば、一部の締結穴をボルト４０で締結すると、ベース部材２０にバスバー３０が固定される。固定されることで、他の締結穴の矯正処理を行う場合に、バスバー３０を移動できない場合がある。

【0082】

したがって、バスバー３０が複数の締結穴を有する場合、制御装置１１は、先に締結される対象の締結穴については、仮締めの状態（浮き状態）に制御してもよい。仮締めの状態は、例えば、締結度合いを緩くした状態を示す。制御装置１１は、複数の締結穴について仮締めが完了した後に、各締結穴のボルト４０の締結度合いを強めてもよい。これにより、組付け部品が複数の締結穴を有する場合においても、締結処理の自動化を推進することができる。

【0083】

なお、上述した実施形態では、撮像画像データに基づいて算出した下穴２１の位置に基づいて上穴３１と下穴２１とを位置合わせできない場合、別の探索処理（ステップＳ３７）を行うことを例示した。バスバー３０が複数の締結穴を有する場合については、次のように処理を行ってもよい。例えば、制御装置１１は、複数の締結穴のうち、二番目以降に締結対象となる締結穴の矯正処理において、挿入状態が検出されない場合（Ｓ３６のＮｏ）、警告を報知して締結処理を終了してもよい。これにより、矯正処理における異常を早期に検知でき、処理を効率化できる。

【0084】

また、バスバー３０が複数の締結穴を有する場合に加えて、単一のベース部材２０（被組付け部品）に複数の部材（組付け部品）が組付けられる場合もある。このような場合についても、複数の部材のうち一部の部材がベース部材２０に固定されることで、他の部材の矯正処理において移動できない場合がある。このような場合についても、制御装置１１は、複数の部材それぞれの締結穴を仮締め状態に制御してもよい。制御装置１１は、複数の部材それぞれの締結穴の仮締めが完了した後に、各部材の締結穴の締結度合いを強めてもよい。

【0085】

なお、制御装置１１は、複数の締結穴について、締結する順番を決定してもよい。制御装置１１は、予め決定された締結順序にしたがって、締結処理を行う。この時、制御装置１１は、最後に締結される締結穴がボルト４０で締結されるまで、他の締結穴については、仮締め状態になるように締結される。制御装置１１は、最後の締結穴が締結された後に、他の締結穴について、仮締め状態から本締め状態に制御する。

【0086】

このように、変形例における組付け部品は、複数の第一締結穴を有する。複数の第一締結穴のうち、一部の第一締結穴は、他の第一締結穴よりも後に締結処理が行われる。このような場合、制御手段は、他の第一締結穴の締結手段の締結状態を緩めた状態で、締結手段が一部の第一締結穴に挿入された状態の組付け部品を第二位置の方向に移動させる。これにより、バスバー３０が複数の締結穴を有する場合であっても、複数の上穴３１それぞれについて、バスバー３０を移動させることができる。したがって、バスバー３０が複数の締結穴を有する場合においても、締結処理の自動化処理を促進できる。

【0087】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0088】

１０…締結装置、１１…制御装置、１３…ナットランナ制御部、１４…制御盤、１５…ロボットハンド、２０…ベース部材、２１…締結穴（下穴）、３０…バスバー、３１…締結穴（上穴）、４０…ボルト、５１…撮像装置、５２…ナットランナ、５３…ソケット、５４…力覚センサ、５５…変位センサ、６０…ワーク載置部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】