DE102009038275B4

DE102009038275B4 - Montagevorrichtung zum Einstellen eines beim Einsetzen verursachten Blockierungszustands

Info

Publication number: DE102009038275B4
Application number: DE102009038275.5A
Authority: DE
Inventors: Takashi Sato; Nobuaki YAMAOKA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: DE102009038275A1; US20100057256A1; JP4598849B2; JP2010058218A; US7949431B2

Abstract

Montagevorrichtung zum Einsetzen eines säulenartigen, von einem Roboter (1) gehaltenen einzusetzenden Werkstücks (60) in ein Einsetzloch, das dazu ausgelegt ist, mit dem einzusetzenden Werkstück zusammenzupassen, auszurüstendes Werkstück (50) mittels Kraftsteuerung, umfassend: eine Krafterfassungseinrichtung (3) zum Erfassen einer Kraft und eines Moments, die auf einen Kontrollpunkt an einem Mittelpunkt der Unterseite des einzusetzenden Werkstücks (60) wirken; eine Beurteilungseinrichtung (12) zum Beurteilen, ob zum Zeitpunkt des Einsetzens eine Blockierung zwischen dem einzusetzenden Werkstück (60) und dem auszurüstenden Werkstück (50) verursacht wird oder nicht; und eine Veränderungseinrichtung (13) zum Verändern einer Position des Kontrollpunktes nach oben entlang einer Mittellinie des einzusetzenden Werkstücks um einen Wert, der kleiner ist als eine Strecke, um die das einzusetzende Werkstück (60) in das Einsetzloch des auszurüstenden Werkstücks (50) eintritt, und zum Andrücken einer Außenumfangsfläche des einzusetzenden Werkstücks (60) gegen eine Innenumfangsfläche des Einsetzlochs des auszurüstenden Werkstücks (50) in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung, um so in dem Fall, in dem von der Beurteilungseinrichtung (12) beurteilt wird, dass eine Blockierung auftritt, eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks durch die Kraftsteuerung auf Grundlage eines Moments einzustellen, das um den Kontrollpunkt wirkt, der verändert worden ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Montagevorrichtung zum Einsetzen eines von einem Roboter gehaltenen Werkstücks in ein auszurüstendes Werkstück mittels Kraftsteuerung.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Es ist bekannt, einen Einsetzvorgang unter Benutzung einer Steuerungsregel auszuführen, bei der RCC (Englisch: Remote-Center of Compliance, übersetzt: entferntes Zentrum der Nachgiebigkeit) nachgebildet wird, wenn eine virtuelle Übereinstimmung erzielt wird. Die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung JP H04-43 744 A offen- offenbart ein Verfahren, bei dem ein von einer Roboterhand gehaltenes, stabförmiges einzusetzendes Werkstück in ein Einsetzloch eines auszurüstenden Werkstücks eingesetzt wird.
Gemäß dem in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung JP H04-43 744 A offenbarten Verfahren wird ein einzusetzendes Werkstück gegen ein auszurüstendes Werkstück gedrückt und es werden für jede Steuerungszeitspanne eine Kraft und ein Moment detektiert, die zu dem Zeitpunkt wirken, und es wird eine Steuerung so ausgeführt, dass die Kraft und das Moment jeweils ein Sollwert sein können.
Ferner offenbart die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung JP H04-25 325 A eine Technik, bei der eine Lochscheibe auf einen Spindelstab aufgesetzt wird. Gemäß der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung JP H04-25 325 A wird in dem Fall, dass eine Position der Lochscheibe und die des Spindelstabs in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung stark voneinander abweichen, zusätzlich zu der in der Einsetzrichtung aufgebrachten Kraft eine Kraft in der Richtung senkrecht zu der Einsetzrichung erzeugt, so dass die Scheibe in einer schrägen Richtung bewegt wird. Durch diesen Vorgang wird die Scheibe auf den Spindelstab aufgesetzt, wobei das Problem der Abweichung zwischen den zwei Positionen gelöst wird.
In der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung JP H04-43 744 A wird einem Fall Beachtung geschenkt, bei dem ein einzusetzendes Werkstück an zwei Punkten in ein auszurüstendes Werkstück eingesetzt wird. Weil in diesem Fall an den zwei Punkten wirkende Kräfte Komponenten enthalten, deren Richtungen einander entgegengesetzt sind, ist eine resultierende Kraft aus den an den zwei Punkten wirkenden Kräften kleiner als die entsprechenden Kräfte. Folglich wird das aus den resultierenden Kräften wirkende Moment ebenfalls kleiner. In dem Fall, dass dieses Moment kleiner ist als das Moment von Störungen, die durch Vibrationen bzw. Schwingungen eines Roboters verursacht werden, wird es schwierig, eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks auf der Grundlage dieses Moments zu verändern. Daher wird die zum Einstellen der Stellung des einzusetzenden Werkstücks erforderliche Zeit lang ausgedehnt. Ferner wird in dem Fall, dass die Beträge der an den zwei Punkten wirkenden Kräfte gleich und die Richtungen einander entgegengesetzt sind, das Moment Null. In diesem Fall ist es unmöglich, die Stellung des einzusetzenden Werkstücks in geeigneter Weise zu verändern, selbst wenn die lange Zeitspanne ausgenützt wird.
Ferner ist es möglich, in Betracht zu ziehen, dass die in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung JP H04-25 325 A offenbarte Technik auf einen Fall ange- wendet wird, in dem ein stabförmiges einzusetzendes Werkstück in ein Einsetzloch eines auszurüstenden Werkstücks eingesetzt wird. Jedoch offenbart die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung JP H04-25 325 A keine Technik, bei der eine Kraft, die sich von der Kraft in der Einsetzrichtung unterscheidet, in der Richtung, wie etwa einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung, erzeugt wird. Folglich besteht eine Möglichkeit, dass eine Kraft, deren Richtung nicht geeignet ist, auf das einzusetzende Werkstück einwirkt. Ferner besteht eine Möglichkeit, dass Fehler in der Position und Stellung des einzusetzenden Werkstücks vergrößert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der obigen Umstände gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Montagevorrichtung bereitzustellen, die in dem Fall, dass eine Blockierung zwischen einem einzusetzenden Werkstück und einem auszurüstenden Werkstück auftritt, in der Lage ist, eine Stellung eines einzusetzenden Werkstücks in einer kurzen Zeitspanne geeignet einzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Zum Lösen der oben genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Montagevorrichtung zum Einsetzen eines von einem Roboter gehaltenen einzusetzenden Werkstücks in ein auszurüstendes Werkstück mittels Kraftsteuerung mit Folgendem bereitgestellt: einer Krafterfassungseinrichtung zum Erfassen einer Kraft und eines Moments, das bzw. die auf einen Kontrollpunkt des einzusetzenden Werkstücks wirken; einer Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob zum Zeitpunkt des Einsetzens zwischen dem einzusetzenden Werkstück und dem auszurüstenden Werkstück eine Blockierung vorliegt oder nicht; und einer Veränderungseinrichtung zum Verändern einer Position des Kontrollpunkts entsprechend einer Strecke, um die das einzusetzende Werkstück in das auszurüstende Werkstück eintritt, und zum Andrücken des einzusetzenden Werkstücks gegen das auszurüstende Werkstück in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung, um so in dem Fall, dass von der Beurteilungseinrichtung beurteilt wird, dass eine Blockierung vorliegt, eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks auf der Grundlage des Kontrollpunkts einzustellen, der verändert worden ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beurteilt die Beurteilungseinrichtung nach Maßgabe der Kraft und des Moments, die von der Krafterfassungseinrichtung detektiert worden sind, ob eine Blockierung verursacht ist oder nicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Montagevorrichtung ferner Folgendes: ein Positionserfassungsmittel zum Erfassen einer Position des einzusetzenden Werkstücks für eine jeweilige bzw. jede vorbestimmte Zeitspanne, und die Beurteilungseinrichtung beurteilt entsprechend einer von dem Positionserfassungsmittel erfassten Veränderung der Einsetzrichtung des einzusetzenden Werkstücks mit der Zeit, ob eine Blockierung verursacht wird oder nicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung drückt die Veränderungseinrichtung das einzusetzende Werkstück in mindestens einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung in dem Fall, dass die Beurteilungseinrichtung beurteilt, dass eine Blockierung auftritt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung führt die Veränderungseinrichtung in dem Fall, dass die Beurteilungseinrichtung beurteilt, dass eine Blockierung verursacht wird, einen Anpressvorgang nacheinander bzw. in der richtigen Reihenfolge in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung des einzusetzenden Werkstücks und in einer Umfangsrichtung des einzusetzenden Werkstücks aus.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Licht der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen derselben offensichtlicher, wie durch die Zeichnungen veranschaulicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Abbildung, die eine Montagevorrichtung nach der Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zeigt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das Maßnahmen bzw. Vorgänge der Montagevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
4a ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Andrückens des einzusetzenden Werkstücks gegen das auszurüstende Werkstück in der Einsetzrichtung zeigt.
4b ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Andrückens des einzusetzenden Werkstücks an bzw. gegen das auszurüstende Werkstück in der Einsetzrichtung zeigt.
5 ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zeigt.
6a ist eine Stirnflächenansicht eines einzusetzenden Werkstücks.
6b ist eine weitere Stirnflächenansicht eines einzusetzenden Werkstücks.
7a ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Einstellens der Stellung zeigt.
7b ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Einstellens der Stellung zeigt.
8a ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Einstellens der Stellung zeigt.
8b ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Einstellens der Positur zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In den folgenden Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen benutzt, um gleiche Teile zu bezeichnen. Zum Erleichtern des Verständnisses wird der in diesen Zeichnungen benutzte verringerte Maßstab geeignet verändert.
1 ist eine schematische Abbildung, die eine Montagevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 1 gezeigte Montagevorrichtung 10 umfasst: einen Roboter 1 und eine Robotersteuereinheit 11. Der Roboter 1 ist ein vertikal frei beweglicher Roboter vom Typ mit 6 Achsen. Die Hand 4 ist an einem vorderen Endbereich des Roboterarms 2 des Roboters 1 angebracht. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist ein Kraftsensor 3 zwischen dem Roboterarm 2 und der Hand 4 angeordnet. Der Kraftsensor 3 detektiert eine Kraft und/oder ein Moment, die bzw. das auf den Kontrollpunkt P (weiter unten beschrieben) des einzusetzenden Werkstücks 60 wirken bzw. wirkt.
Der Roboter 1 und der Kraftsensor 3 sind an die Robotersteuereinheit 11 angeschlossen. Die Robotersteuereinheit 11 ist ein digitaler Computer und steuert eine Wirkungsweise des gesamten Roboters 1 der Montagevorrichtung 10. Die Robotersteuerungseinheit 11 umfasst eine Beurteilungseinrichtung 12 zum Beurteilen, ob zwischen dem einzusetzenden Werkstück 60, das weiter unten beschrieben wird, und dem auszurüstenden Werkstück 50 eine Blockierung oder Kollision verursacht wird oder nicht.
Die Robotersteuerungseinheit 11 umfasst ferner eine Veränderungseinrichtung 13. In dem Fall, dass von der Beurteilungseinrichtung 12 beurteilt wird, dass eine Blockierung oder Kollision verursacht wird, verändert die Veränderungseinrichtung 13 eine Position des Kontrollpunkts des einzusetzenden Werkstücks 60 in Übereinstimmung mit einer Strecke, um die das einzusetzende Werkstück 60 in das auszurüstende Werkstück 50 eintritt, so dass das einzusetzende Werkstück 60 in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung gegen das auszurüstende Werkstück 50 angedrückt werden kann.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, umfasst die Robotersteuereinheit 11 eine Positionssteuerungseinrichtung zum Ausführen eines durch ein vorbestimmtes Verfahren erstellten Positionierungsbefehls für den Roboter 1. Die Robotersteuerungseinheit 11 umfasst ferner eine Kraftsteuerungseinrichtung zum Ausführen eines Kraftbefehls in Bezug auf den Roboter 1 nach Maßgabe des von dem Kraftsensor 3 detektierten Krafterkennungswerts und auch nach Maßgabe des Positionsbefehls oder des durch ein vorbestimmtes Verfahren erstellten Kraftbefehls.
In 1 wird das einzusetzende säulenartig ausgebildete Werkstück 60 von der Hand 4 des Roboters 1 gehalten. Das auszurüstende Werkstück 50, das ein Einsetzloch 51 aufweist, das dazu geeignet ist, dass ein einzusetzendes Werkstück 60 eingesetzt werden kann, ist so angeordnet, dass es dem einzusetzenden Werkstück 60 zugewandt ist. In 1 ist das auszurüstende Werkstück 50 in einer vorbestimmten Position auf dem Auflagertisch 30 mittels Haltebefestigungen 32 befestigt. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, wie in der Zeichnung gezeigt, dass die Z-Achse in der Hauptrichtung (die Einsetzrichtung) des Einsetzlochs 51 des auszurüstenden Werkstücks 50 angeordnet ist. Die X-Achse und die Y-Achse sind an den Seiten senkrecht zu dieser Z-Achse angeordnet.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist an einem Endbereich des in dem auszurüstenden Werkstück 50 ausgebildeten Einsetzlochs einen Abschrägungsbereich 52 ausgebildet. In der in 2 gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel α des Abschrägungsbereichs 52 45°. Jedoch ist der Winkel α nicht auf 45° beschränkt, d. h. der Winkel α kann von 45° verschieden sein. Ein Mittelpunkt auf der Unterseite des einzusetzenden Werkstücks 60 wird als der Kontrollpunkt P eingestellt. An diesem Kontrollpunkt P werden eine Kraft und ein Moment, die auf das einzusetzende Werkstück 60 wirken, berechnet. Dieser Kontrollpunkt P ist ein Referenzpunkt, der zum Zeitpunkt des Einstellens der Position des einzusetzenden Werkstücks 60 benutzt wird, wenn die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Nun wird der Einsetzvorgang der Montagevorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung erläutert. Zunächst hält die Hand 4 des Roboters 1 das einzusetzende Werkstück 60, wobei sie von der Positionssteuerungseinrichtung gesteuert wird. Dann wird das so gehaltene einzusetzende Werkstück 60 in eine Position unmittelbar vor dem Einsetzloch 51 des auszurüstenden Werkstücks 50 bewegt. Danach wird die Steuerung von der Positionssteuerung, die von der Positionssteuerungseinrichtung ausgeübt wird, an die Kraftsteuerung übergeben, die von der Kraftsteuerungseinrichtung ausgeübt wird. Die folgenden Erläuterungen gelten für den Fall, dass die Steuerung unter der Bedingung der Kraftsteuerung ausgeübt wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Aktionen bzw. Vorgänge der Montagevorrichtung zeigt. In dem in 3 gezeigten Schritt 100 wird das einzusetzende Werkstück 60 in der Einsetzrichtung, d. h. in der Richtung Z, gedrückt. Im Schritt 101 werden Berechnungen, die in den folgenden Ausdrücken (1) bis (5) gezeigt sind, für eine jeweilige bzw. für jede Steuerungszeitspanne ausgeführt, so dass das einzusetzende Werkstück 60 gesteuert werden kann. v^D _X = F_x·G_x (1) v^D _Y = F_Y·G_Y (2) v^D _Z = (F_Z – F_d)·G_Z + v_d (3) ω^D _x = M_X·G_W (4) ω^D _Y = M_Y·G_P (5)
In den obigen Ausdrücken (1) bis (5) sind v^D _X, v^D _Y, v^D _Z, v^D _Z, ω^D _X, ω^D _Z Befehlswerte für die Geschwindigkeit in den Richtungen X, Y, Z und Befehlswerte für die Winkelgeschwindigkeit um die vorgenannten Richtungen. F_x, F_y, F_z, M_x und M_y sind Kräfte in den entsprechenden Richtungen und Erfassungswerte der. Ferner sind G_x, G_y, G_z, G_w und G_p Verstärkungen der Kraftteuerung in den entsprechenden Richtungen. F_d ist eine Sollkraft und v_d ist eine Sollgeschwindigkeit.
Die 4a und 4b sind vergrößerte Querschnittsansichten, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zum Zeitpunkt des Andrücken des einzusetzenden Werkstücks gegen das auszurüstende Werkstück in der Einsetzrichtung zeigen. Wenn das einzusetzende Werkstück 60 in der Einsetzrichtung gegen das auszurüstende Werkstück 50 gedrückt wird, kommt ein Bereich des einzusetzenden Werkstücks 60 in Berührung mit dem auszurüstenden Werkstück 50, und dann wird das Moment M erzeugt, wie in 4a gezeigt. Durch dieses Moment M wird ein Fehler in der Position des einzusetzenden Werkstücks 60 in der durch den Pfeil MA angedeuteten Richtung eingestellt. Diese Einstellung ist ein Verfahren aus dem Stand der Technik. Wenn das einzusetzende Werkstück 60 in der Einsetzrichtung gegen das auszurüstende Werkstück 50 gedrückt wird, wird diese Einstellung ausgeführt.
Im Schritt 102 wird beurteilt, ob das einzusetzende Werkstück 60 um eine vorbestimmte Tiefe in das Einsetzloch 51 eingetreten ist. Ob das einzusetzende Werkstück 60 um eine vorbestimmte Tiefe in das Einsetzloch 51 eingetreten ist, kann durch einen an einem Servomotor zum Antreiben des Arms des Roboters 1 befestigten Geber bzw. Encoder (nicht gezeigt) beurteilt werden. In dem Fall, dass das einzusetzende Werkstück 60 um die vorbestimmte Tiefe in das Einsetzloch 51 eingetreten ist, wird beurteilt, dass der Einpassvorgang abgeschlossen worden ist, und die Verarbeitung wird beendet.
Andererseits fährt das Programm in dem Fall, dass das einzusetzende Werkstück 60 nicht um die vorbestimmte Tiefe in das Einsetzloch 51 eingetreten ist, beim Schritt 101 fort und das Beurteilungsmittel 12 der Robotersteuereinheit 11 beurteilt, ob das einzusetzende Werkstück 60 in dem auszurüstenden Werkstück 50 blockiert oder nicht. Das Beurteilungsmittel 12 beurteilt das Auftreten der Blockierung bzw. Kollision des einzusetzenden Werkstücks 60 durch die folgenden Ausdrücke (6) bis (10). |F_X| ≤ T_F (6) |F_Y| ≤ T_F (7) |F_Z – F_d| ≤ T_F (8) |M_X| ≤ T_M (9) |M_Y| ≤ T_M (10)
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass T_F und T_M jeweils Schwellenwerte sind zum Beurteilen, dass die Kraft und das Moment dicht an die Sollwerte heranreichen. In dem Fall, dass es wegen einer durch Vibrationen des Roboters oder anderes verursachten Störung schwierig ist, das Auftreten der Blockierung zu beurteilen, können Daten der detektierten Kraft und des detektierten Moments einer Filterung unterworfen werden.
Ferner kann das Blockieren des einzusetzenden Werkstücks 60 anhand der folgenden Ausdrücke (11) bis (15) beurteilt werden. |v_X| ≤ T_v (11) |v_Y| ≤ T_v (12) |v_Z| ≤ T_v (13) |ω_X| ≤ T_ω (14) |ω_Y| ≤ T_ω (15)
In diesem Fall sind v_X, v_Y, v_Z, ω_X, ω_Y tatsächliche Geschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten in den entsprechenden Richtungen, die aus der Position des an dem Roboterarm befestigten Aktuators berechnet werden. Tv und Tω sind jeweils Schwellenwerte für die Geschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit zum Beurteilen des Auftretens einer Blockierung. In dem Fall, dass es wegen des Einflusses einer Störung schwierig ist, eine genaue Beurteilung vorzunehmen, können die tatsächliche Geschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit einer Filterung unterworfen werden. Ferner kann beurteilt werden, dass eine Blockierung verursacht worden ist, wenn eine Position des einzusetzenden Werkstücks 60 für jede Steuerungszeitspanne von dem Encoder detektiert wird und eine Veränderung der Position des einzusetzenden Werkstücks 60 mit der Zeit entlang der Einsetzrichtung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
In dem Fall, dass im Schritt 103 beurteilt wird, dass eine Blockierung aufgetreten ist, fährt das Programm beim Schritt 104 fort und das Andrücken des einzusetzenden Werkstücks 60 in der Einsetzrichtung wird beendet. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass in dem Fall, dass beurteilt wird, dass keine Blockierung aufgetreten ist, das Programm zum Schritt 100 zurückkehrt und die Verarbeitung wiederholt wird.
In dem in 3 gezeigten Schritt 105 verändert das Veränderungsmittel 13 der Robotersteuerungseinheit 11 dann eine Position des Kontrollpunkts P des Anpassungswerkstücks 60. 5 ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zeigt. In 5 gilt, dass dann, wenn die Mittellinie K1 des einzusetzenden Werkstücks 60 einen Winkel θ in Bezug zur Einsetzrichtung Z des Einsetzlochs 51 bildet, das einzusetzende Werkstück 60 in dem auszurüstenden Werkstück 50 blockiert. In 5 tritt das einzusetzende Werkstück 60 um die Strecke D1 in das Einsetzloch 51 ein.
Durch die Veränderungseinrichtung 13 wird eine Position des Kontrollpunkts P vom Mittelpunkt der Unterseite des einzusetzenden Werkstücks 60 entlang der Mittellinie K1 aufwärts bewegt. Eine Bewegungsstrecke des Kontrollpunkts P ist länger als Null und kürzer als die Eintrittsstrecke D1. Es ist bevorzugt, dass die Bewegungsstrecke des Kontrollpunkts P die Hälfte der Eintrittsstrecke D1 ist. Selbst wenn das einzusetzende Werkstück 60 gegen das auszurüstende Werkstück 50 in einer beliebigen Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung gedrückt wird, wirkt in diesem Fall das Moment mit dem im Wesentlichen gleichen Betrag auf das einzusetzende Werkstück 60 und die Position/Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 kann in einem ähnlichen Ausmaß eingestellt werden.
Genau genommen ist, wie in 5 erkennbar, die Bewegungsstrecke des Kontrollpunkts P entlang der Mittellinie 1 gegeben durch 0.5 × D1 × cos θ. Jedoch ist tatsächlich θ ≈ (d. h. näherungsweise) 0. Daher kann 0.5 × D1 als eine Bewegungsstrecke des Kontrollpunkts P benutzt werden.
Dann wird in den Schritten 106 und 107 in 3 das einzusetzende Werkstück 60 in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung gegen das auszurüstende Werkstück 50 gedrückt. 6a ist eine Endflächenansicht des einzusetzenden Werkstücks 60. Wie durch den in 6a gezeigten Pfeil A1 angedeutet, wird das einzusetzende Werkstück 60 anfangs in der Richtung +X gegen das auszurüstende Werkstück 50 gedrückt.
Zu diesem Zeitpunkt wird das einzusetzende Werkstück 60 gemäß der folgenden Ausdrücke (16) bis (20) gesteuert. v^D _X = (F_X – F_d) × G_X (16) v^D _Y = F_Y·G_Y (17) v^D _Z = F_Z·G_Z (18) ω^D _X = M_X·G_W (19) ω^D _Y = M_Y·G_P (20)
7a ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein einzusetzendes Werkstück und ein auszurüstendes Werkstück zu dem Zeitpunkt des Einstellens der Stellung zeigt. Weil eine Position des Kontrollpunkts P aufwärts zu dem Kontrollpunkt P' bewegt wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Moment auf das einzusetzende Werkstück 60 in diesem Zustand leicht wirken. Durch die Anpresswirkung in der Richtung +X wirkt folglich die in der Zeichnung gezeigte Kraft F auf das einzusetzende Werkstück 60, und es wirkt das Moment M um den Kontrollpunkt P' auf das einzusetzende Werkstück 60. Aufgrund des Vorhergehenden wird das einzusetzende Werkstück 60 aus dem durch die durchgehenden Linien gezeigten Zustand in den durch die unterbrochenen Linien gezeigten Zustand bewegt und dabei gedreht, und es kann ein Fehler bzw. eine Abweichung der Stellung um die Richtung Y eingestellt bzw. korrigiert werden.
Mit anderen Worten kann, weil der Kontrollpunkt P gemäß der Erfindung in den Kontrollpunkt P' verändert wird, das Moment zum Zeitpunkt des Anpressvorgangs auf das einzusetzende Werkstück positiv einwirken. Selbst in dem Fall, dass die Beträge der Kräfte, die auf die zwei Punkte des einzusetzenden Werkstücks 60 einwirken, die gleichen sind und die Richtungen aber einander entgegengesetzt sind, wie im Stand der Technik erläutert, kann das Moment auf das einzusetzende Werkstück einwirken und es kann ein Fehler der Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt bzw. korrigiert werden.
Wenn in dem in 3 gezeigten Schritt 108 alle folgenden Ausdrücke erfüllt sind, ist ein Anpressvorgang in der Richtung +X abgeschlossen. |F_X – F_d| ≤ T_F (21) |F_Y| ≤ T_F (22) |F_Z| ≤ T_F (23) |M_X| ≤ T_M (24) |M_Y| ≤ T_M (25)
In den vorhergehenden Ausdrücken drückt der Ausdruck (21) aus, ob eine Kraft in der Andruckrichtung (die Richtung +X) dicht an den Sollwert heran kommt oder nicht. Die Ausdrücke (22) bis (25) drücken aus, ob ein Fehler bzw. eine Abweichung der Position/Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 eingestellt ist und die Kraft/das Moment nahe an Null kommt oder nicht.
In diesem Fall wirkt dann, wie in 7a und anderen gezeigt, wenn eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 abweicht, auf das einzusetzende Werkstück 60 das Moment M. Folglich ist die Gleichung (24) oder (25) nicht erfüllt. Wenn eine Umfangsfläche des einzusetzenden Werkstücks 60 in einen Linienkontakt mit dem Einsetzloch 51 des auszurüstenden Werkstücks 50 kommt, wie in 8a gezeigt, die im Wesentlichen die gleiche ist wie 7a, dann wird ein Fehler der Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 eliminiert. In diesem Fall wirkt auf das einzusetzende Werkstück 60 kein Moment M und beide Gleichungen (24) und (25) sind erfüllt.
Wenn die Gleichungen (21) bis (25) erfüllt sind, wird beurteilt, dass eine Einstellung des Fehlers der Stellung um die Richtung Y des einzusetzenden Werkstücks 60 abgeschlossen worden ist. Wenn anschließend das einzusetzende Werkstück 60 in der in 6a durch den Pfeil A2 angedeuteten Richtung (Y) angedrückt wird, wird ein Fehler bzw. eine Abweichung der Stellung um die Richtung X des einzusetzenden Werkstücks 60 eingestellt bzw. korrigiert. Auch in diesem Fall wird das einzusetzende Werkstück 60 mittels der gleichen Ausdrücke, wie die oben beschriebenen, gesteuert und es wird beurteilt, dass ein Anpressvorgang abgeschlossen worden ist.
Danach wird das einzusetzende Werkstück 60 in der gleichen Weise in der in 6a durch den Pfeil A3 angedeuteten Richtung (die Richtung X) gedrückt (siehe 7a und 8a). Ferner wird das einzusetzende Werkstück 60 in der gleichen Weise in der in 6a durch den Pfeil A4 angedeuteten Richtung (die Richtung +Y) gedrückt. Aufgrund des Vorhergehenden werden Fehler bzw. Abweichungen der Stellung in den Richtungen X und Y des einzusetzenden Werkstücks 60 eingestellt bzw. korrigiert. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass selbst in dem Fall, dass eine Abweichung der Stellung nur entweder in der Richtung X oder der Richtung Y verursacht ist, durch den Anpressvorgang kein weiterer Fehler bzw. keine weitere Abweichung verursacht wird.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Reihenfolge der Andrückvorgänge entlang der Pfeile A1 bis A4 in geeigneter Weise verändert werden kann oder dass die Anzahl der Anpresszeitpunkte in einigen Anpressrichtungen in geeigneter Weise verändert werden kann. Selbst in dem Fall, dass das einzusetzende Werkstück 60 nur in einer der Richtungen entlang der Pfeile A1 und A3 und in einer der Richtungen entlang der Pfeile A2 und A4 gedrückt wird, ist es ferner möglich, einen Fehler bzw. eine Abweichung der Stellung um die Richtungen X und Y des einzusetzenden Werkstücks 60 zu korrigieren.
Nachdem die Einstellungen der Abweichungen der Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 in allen Richtungen abgeschlossen sind, kehrt das Programm zum Schritt 100 zurück. Dann wird das einzusetzende Werkstück 60 um eine vorbestimmte Tiefe weiter in der Einsetzrichtung gedrückt und die Verarbeitung wird wiederholt ausgeführt, bis das einzusetzende Werkstück 60 in eine Position eingeführt ist. Mit anderen Worten gilt, dass jedes Mal dann, wenn das einzusetzende Werkstück 60 wieder blockiert, das einzusetzende Werkstück 60 gegen das auszurüstende Werkstück 50 gedrückt wird. Aufgrund des Vorhergehenden kann das einzusetzende Werkstück 60 in geeigneter Weise in das auszurüstende Werkstück 50 eingesetzt werden.
Weil gemäß der vorliegenden Erfindung der Kontrollpunkt P in den Kontrollpunkt P' verändert wird, gilt wie oben beschrieben, dass zu dem Zeitpunkt eines Anpressvorgangs das Moment auf das einzusetzende Werkstück 60 positiv wirkt und ein Fehler der Stellung des einzusetzenden Werkstücks 60 eingestellt bzw. korrigiert werden kann. Ferner kann aus den oben beschriebenen Gründen eine Einstellung bzw. Korrektur der Abweichung der Stellung in einer kurzen Zeitdauer ausgeführt werden. Ferner kann selbst in dem Fall, dass eine zulässige, anfängliche Abweichung der Stellung vor dem Einsetzen relativ groß ist, das einzusetzende Werkstück 60 in das auszurüstende Werkstück 50 eingesetzt werden.
In einer anderen Ausführungsform, die in 6b und anderen gezeigt ist, kann der Anpressvorgang in der Umfangsrichtung des einzusetzenden Werkstücks 60 nacheinander bzw. in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden. In diesem Fall wird das einzusetzende Werkstück 60 gemäß der folgenden Ausdrücke (26) bis (31) gesteuert und der Anpressvorgang des einzusetzenden Werkstücks 60 wird um eine Umdrehung gedreht. v^D _X = (F_X – F_d·cos θ) × G_X (26) v^D _Y = (F_Y – F_d·sin θ) × G_Y (26) v^D _Z = F_Z × G_Z (28) ω^Dx = M_X × G_W (29) ω^D _Y = M_Y × G_P (30) θ = π/10 × t (31)
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass das Zeichen t in dem Ausdruck (31) die Zeit ausdrückt, die seit dem Beginn der Veränderung der Anpressrichtung verstrichen ist. Mit anderen Worten wird in diesen Ausdrücken der Anpressvorgang des Andrückens des einzusetzenden Werkstücks 60 nacheinander bzw. in der richtigen Reihenfolge entlang der Umfangsfläche des einzusetzenden Werkstücks 60 für 20 Sekunden ausgeführt. Nachdem diese Zeit verstrichen ist, ist der Anpressvorgang in der Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung abgeschlossen.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Ausdrücke (26) bis (30) einen Fall ausdrücken, in dem ein Andrückvorgang in der Richtung +X begonnen wird und in der Umfangsrichtung nacheinander bzw. in der richtigen Reihenfolge ausgeführt wird. Es ist jedoch möglich, einen Anpressvorgang in einer anderen Richtung zu beginnen. Es ist klar, dass der Zeitpunkt eines Anpressvorgangs, der nacheinander bzw. in der richtigen Reihenfolge entlang der Umfangsfläche des einzusetzenden Werkstücks 60 und der Bewegungsrichtung des Anpressvorgangs ausgeführt wird, in geeigneter Weise verändert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird der Kontrollpunkt verändert und das einzusetzende Werkstück wird in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung gedrückt bzw. gepresst. Aufgrund des Vorhergehenden wird das einzusetzende Werkstück bewegt, wobei es um einen neuen Kontrollpunkt herum gedreht wird. Folglich kann die Position des einzusetzenden Werkstücks so eingestellt werden, dass sie eine geeignete Position zum Einsetzen ist. Weil der Kontrollpunkt verändert wird, ist es selbst in dem Fall, in welchen ein Fehler bzw. eine Abweichung der Stellung in der Anfangsphase vor dem Einsetzen groß ist, möglich, den Fehler bzw. die Abweichung zu korrigieren. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass es in dem Fall, dass der Kontrollpunkt im Mittelpunkt der Unterseite des einzusetzenden Werkstücks angeordnet ist, bevorzugt ist, dass eine Position des Kontrollpunkts in der Richtung der Mittellinie des einzusetzenden Werkstücks um eine Hälfte der Eintrittsstrecke des einzusetzenden Werkstücks verändert wird.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung kann das einzusetzende Werkstück in dem Fall, dass das detektierte Moment niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, nicht gedreht werden. Folglich kann beurteilt werden, dass eine Blockierung verursacht worden ist. Mit anderen Worten kann das Auftreten der Blockierung durch ein relativ einfaches Verfahren beurteilt werden.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird das einzusetzende Werkstück in dem Fall nicht bewegt, dass eine für eine jeweilige bzw. jede Zeitspanne detektierte Änderung mit der Zeit kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Folglich kann beurteilt werden, ob eine Blockierung verursacht worden ist. Mit anderen Worten gilt, das Auftreten der Blockierung kann durch ein relativ einfaches Verfahren beurteilt werden.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist es möglich, einen Fehler bzw. eine Abweichung der Stellung des einzusetzenden Werkstücks zu korrigieren, um die Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung des einzusetzenden Werkstücks einzustellen. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass ein Positions- bzw. Stellungsfehler weiter korrigiert werden kann, wenn das einzusetzende Werkstück auch in einer zu der Andrückrichtung des einzusetzenden Werkstücks entgegengesetzten Richtung gedrückt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass das einzusetzende Werkstück in der sowohl zu der Andrückrichtung des einzusetzenden Werkstücks als auch zu der Ein setzrichtung des einzusetzenden Werkstücks senkrechten Richtung weiter gedrückt wird.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Anpressvorgang des einzusetzenden Werkstücks gedreht. Folglich ist es möglich, Abweichungen der Stellung in allen Richtungen leicht einzustellen bzw. zu korrigieren.

Claims

Montagevorrichtung zum Einsetzen eines säulenartigen, von einem Roboter (1) gehaltenen einzusetzenden Werkstücks (60) in ein Einsetzloch, das dazu ausgelegt ist, mit dem einzusetzenden Werkstück zusammenzupassen, auszurüstendes Werkstück (50) mittels Kraftsteuerung, umfassend: eine Krafterfassungseinrichtung (3) zum Erfassen einer Kraft und eines Moments, die auf einen Kontrollpunkt an einem Mittelpunkt der Unterseite des einzusetzenden Werkstücks (60) wirken; eine Beurteilungseinrichtung (12) zum Beurteilen, ob zum Zeitpunkt des Einsetzens eine Blockierung zwischen dem einzusetzenden Werkstück (60) und dem auszurüstenden Werkstück (50) verursacht wird oder nicht; und eine Veränderungseinrichtung (13) zum Verändern einer Position des Kontrollpunktes nach oben entlang einer Mittellinie des einzusetzenden Werkstücks um einen Wert, der kleiner ist als eine Strecke, um die das einzusetzende Werkstück (60) in das Einsetzloch des auszurüstenden Werkstücks (50) eintritt, und zum Andrücken einer Außenumfangsfläche des einzusetzenden Werkstücks (60) gegen eine Innenumfangsfläche des Einsetzlochs des auszurüstenden Werkstücks (50) in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung, um so in dem Fall, in dem von der Beurteilungseinrichtung (12) beurteilt wird, dass eine Blockierung auftritt, eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks durch die Kraftsteuerung auf Grundlage eines Moments einzustellen, das um den Kontrollpunkt wirkt, der verändert worden ist.
Montagevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beurteilungseinrichtung (12) anhand der Kraft und dem Moment, die von der Krafterfassungseinrichtung (3) erkannt wurden, beurteilt, ob eine Blockierung verursacht wird oder nicht.
Montagevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position des einzusetzenden Werkstücks (60) für jede vorbestimmte Zeitspanne, wobei die Beurteilungseinrichtung (12) nach Maßgabe einer von der Positionserfassungseinrichtung erkannten Änderung der Einsetzrichtung des einzusetzenden Werkstücks (60) über der Zeit beurteilt, ob eine Blockierung vorliegt wird oder nicht.
Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Veränderungseinrichtung (13) in dem Fall, in dem die Beurteilungseinrichtung (12) beurteilt, dass eine Blockierung auftritt, das einzusetzende Werkstück (60) in mindestens einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung drückt.
Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Veränderungseinrichtung (13) in dem Fall, in dem die Beurteilungseinrichtung (12) beurteilt, dass eine Blockierung auftritt, einen Andrückvorgang nacheinander in einer Richtung senkrecht zu der Einsetzrichtung des einzusetzenden Werkstücks (60) in einer Umfangsrichtung des einzusetzenden Werkstücks (60) ausführt.