成果報告書詳細
管理番号20100000000204
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 柔軟物も取扱える生産用ロボットシステム(次世代産業用ロボット分野) 自動車生産ラインにおける柔軟物取り付け作業の自動化
公開日2010/3/24
報告書年度2006 - 2008
委託先名国立大学法人東北大学
プロジェクト番号
部署名機械システム技術開発部
和文要約平成18年度-平成20年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 柔軟物も扱える生産用ロボットシステム(次世代産業用ロボット分野)「自動車生産ラインにおける柔軟物取り付け作業の自動化」
生産分野における組立の自動化は、この十数年間、ロボットの導入によって大きく発展してきた。しかし近年、国内において深刻な少子高齢化問題が進んでいるなか、中国をはじめとする新興国が安い労働力を武器に、競争力を大きく強化してきている。このような背景を受け、我が国の国際競争力を維持するため、生産分野における更なるロボット化への要求が高まっている。そこで、今後、生産現場において、新たにロボットが活躍するとすれば、これまで自動化が困難と考えられていた柔軟で容易に変形する物体を扱う作業を完遂するという、新たなロボット技術の開発が必要となる。
このような背景を受けて立ち上げた本プロジェクトは、その具体的な目的を自動車生産ラインにおける柔軟物を扱う作業のロボット化に関る技術の開発とした。自動車の生産ラインにおける柔軟物(主にワイヤーハーネス)を扱う作業は種類も多く、その形態も様々である。それらの作業の自動化を実現させるには、マニピュレーション技術の他、柔軟物を計測するための新たなビジョンシステムや力センサの開発、またこれらの利用技術が欠かせないものである。加えて、実際の生産工場で用いられることから、対象物の形状や特性が変った場合などにも対応できる、それらの特徴を考慮した教示システムも重要となる。そこで本プロジェクトは、以上の技術課題の解決にむけて取り組むこととなった。具体的な課題の選択にあたっては、生産現場における作業工程とその実現の難易度の分析を行った。その結果、作業がオープンな環境で行われるインストゥールメントパネル(インパネ)へのワイヤハーネスの組み付けから始め、その後、より制限された空間で作業が行わ
れるボディへのワイヤハーネスの組み付け、複雑なエンジン回りのワイヤハーネスの組み付けへと、順次に実現させていくというロードマップを作成した。このロードマップに従い、プロジェクトの中間評価となるステージゲートまでに、インパネメンバーへのワイヤハーネスの組み付けを自動化することを目標とし、研究開発を進めた。
インパネ用のワイヤハーネスは複数の分岐を持つ線状柔軟物として扱うことができる。この組み付け作業においては、そのワイヤハーネスは、弾性変形を示す一方、その変形が元に戻らない変形(塑性変形)も無視できないものである。また、ハーネス自体が均一な物理特性をもっていないため、モデリングが困難である。さらに、生産ラインにおけるインパネハーネスの取り付けは、ハーネス各部に取り付けられた複数のクランプをインパメンバーにある固定用穴に挿入することで行われる。このことから、従来までの、ワイヤーの曲げ変形だけに注目した柔軟物のマニピュレーションとは違い、ワイヤハーネスのねじれによる変形をも考慮してのマニピュレーションが必要となる。このような作業分析をもとに、ワイヤハーネスの分岐情報をグラフモデルによって扱うビジョンによる認識手法の開発、ワイヤハーネスのねじれ状態を考慮しての制御技術の開発、実生産ラインにおける作業者のワイヤハーネスを扱うスキルの計測とロボットの動作計画への反映、などの技術を開発した。これらの、開発した技術を検証するため、東北大学に、インパネメンバーへのワイヤハーネスの組み付け工程を模擬したプロトタイプロボットシステムを構築した。このロボットシステムに開発した技術を組み込み、実際の生産ラインと同様の配線作業実験を行った。この結果、インパネメンバーへのワイヤハーネスの自動組み付け作業実現に大きく近づく事ができた。
英文要約Project for Strategic Development of Advanced Robotics Elemental Technologies. Production Robot Systems That Can Handle Flexible Goods (Next Generation Manufacturing Industry Field). Automation of Flexible Object Assembly in Car Production Lines (FY2006-FY2008) Final Report
During the past two decades, with introduction of industrial robots, assembly automation has been achieved in many fields of industry. However recently, requirements for further robotilization in assembly lines are posed to many Japanese companies. Due to population aging and low birth rate, further robotilization of industrial plants has be expected as one of important measures which can help Japan to keep competitive to those emerging countries powered by low labor cost like China. This revolution of robot technology is characterized by that it tries to solve automating assemblies involving deformable objects. These issues had been thought to be difficult for robotilization.
This project concentrates on developing technologies necessary for robotilized assemblies of deformable objects in automobile plants. We think that development on technologies "deformable objects handling", "sensor application for measuring deformable objects" and "task teaching" is essential for implementing a robotilized deformable object assembly system. A roadmap for achieving robotilized deformable objects assembly in automobile industry was generated. According to it, in the first stage, development is concentrated on technologies adequate for simple operations like assembling a wire harness into instrument panel. At its second stage, more complex operations like those involved in assembling wire harnesses to car body and engine will be developed. The goal for stage gate examination is to accomplish the objectives of the first stage.
A wire harness can be treated as branched linear deformable objects theoretically. During assembly, it demonstrates both elastic deformation and plastic deformation. Additionally, a wire harness can not be described with uniform physical properties thus is difficult for modeling. Assembly of it in an automobile plant is achieved by inserting a set of clamps bound on it into holes used for fixation. Therefore different from previous researches where only bending deformation of deformable objects is considered, assembly of a wire-harness has to also take consideration of twist deformation. The developed technologies in the project reflect these unique characteristics. Among them, a vision based wire harness recognition technology is proposed, which makes use of the information involved in branches of a wire harness. Graph theory is introduced in the approach in processing of projected branches in camera. Another technology deals with directly controlling twist state of a wire by manipulating its deformable part. We have also developed a technology to extract and apply human skills in operations of wire harnesses into task planning of robots. The developed technologies have been implemented in a prototype robot system built in Tohoku University which mimics the condition of wire harness assembly in an automobile plant. With this system, automatic assembly of a wire-harness into an instrument control panel is successfully achieved.
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