JP2006102862A

JP2006102862A - 部品挿入装置

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Publication number: JP2006102862A
Application number: JP2004291972A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Fujiwara; 茂喜藤原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP4341520B2

Abstract

【課題】部品の挿入を人間が行う場合と同様に部品にかかる負荷が小さい状態で的確に行う。
【解決手段】可動体１の姿勢を複数のリニア直流アクチュエータ２で制御する姿勢制御手段を備えるとともに挿入用部品Ｃの保持部を上記可動体１が備える。姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路４は、可動体の変位を検知する非接触変位センサ３ｄ，３ｅの検出値に基づいて挿入用部品Ｃにおける面取り部とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくする。挿入用部品は衝突位置から被挿入部内に入る位置にスムーズに移動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品を所定の位置に挿入するための部品挿入装置に関するものである。

部品を所定の位置に挿入するために、自動組立ハンドを複数個のリニアアクチュエータを備えてこれらリニアアクチュエータにて部品の姿勢を変化させることができるようにしたものが特公平４−３５２９４号公報（特許文献１）に示されており、ここではリニアアクチュエータにおけるコイルの電流値に基づいて挿入用部品であるピンの接触点を推定して姿勢の調整を行うことで、精密なピン立て作業を行っている。

一方、カード型半導体メモリをソケットに挿入することを繰り返すことでソケットの耐久性をテストする挿抜試験を部品挿入装置を用いて行う場合、同じソケットに同じカード型半導体メモリを何度も挿入しては抜くという動作を繰り返すことになる。この場合、挿入を精度良く行うということよりも、人間が半導体メモリをソケットに挿入する動作を模擬するものであることが好ましいが、常にある挿入力を部品に付加して挿入することになる上記公報に記載のものは、挿抜試験用として適したものではない。
特公平４−３５２９４号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは部品の挿入を人間が行う場合と同様に部品にかかる負荷が小さい状態で的確に行うことができる部品挿入装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る部品挿入装置は、可動体の姿勢を複数のリニア直流アクチュエータで制御する姿勢制御手段を備えるとともに挿入用部品の保持部を上記可動体が備えた部品挿入装置であって、上記姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品における面取り部とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものであることに第１の特徴を有しており、姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してあらかじめ既知である挿入用部品と被挿入部との誤差量と同じ値だけ可動体を並進移動させて挿入用部品と被挿入部の位置を一致させるものであることに第２の特徴を有しており、更に姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知して挿入用部品における面取り部が被挿入部に接触することになる位置まで可動体を並進移動させ、その後、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品における面取り部とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものであることに第３の特徴を有している。

上記制御回路は、挿入用部品における被挿入部との接触部が面取り部であるか否かに応じて請求項１記載の動作と請求項２記載の動作とを切り換えるものであってもよい。

また、制御回路は、挿入用部品がその先端部が被挿入部内に入った後に挿入用部品を挿入方向と略平行にするものや、挿入用部品がその先端部が被挿入部内に入った後にリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものを好適に用いることができる。

また、制御回路は、挿入用部品を被挿入部に対して傾けた状態で挿入用部品の被挿入部への挿入を行うものであったり、挿入用部品を挿入軸の回転方向に回転させた状態で挿入を行うものであってもよい。

本発明は、第１の特徴とするところによれば、挿入用部品は被挿入部内に滑るようにして入り込むことが容易になされることになるために、部品にかかる負荷が小さい状態で部品の挿入を的確に行うことができる。

また第２の特徴とするところによれば、被挿入部に当たった部品が滑ることがない時にも部品の挿入を適切に行うことができる。

そして第３の特徴とするところによれば、部品の位置精度の管理をあまり高くしなくても、部品の挿入を容易に行うことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図３は本発明にかかる部品挿入装置において、挿入動作を行うハンドに設ける姿勢制御手段を示している。図示例の姿勢制御手段は、一般にボイスコイルモータと称されているリニアアクチュエータ（リニア直流アクチュエータ）２を６個用いて６軸の姿勢制御を行うことができるようにしたもので、特許第２８２３３１３号公報に示されているものと同じであるが、各リニアアクチュエータ２は、図５に示すようにＥ字型の永久磁石磁気回路２ａの中央脚に筒状の可動コイル２ｂを外挿したものとして形成されており、各永久磁石回路２ａはロボットアーム６先端の外枠５に固定され、各可動コイル２ｂは可動体１に固定されている。ここでコイル軸が垂直方向に一致した３個の可動コイル２ｂと、コイル軸が水平方向に一致した他の３個の可動コイル２ｂとを可動体１の軸方向に沿ってかつ可動体１の外周面の周方向に沿って千鳥状に配置している。

また図４に示すように、可動体１の位置を検出する非接触変位センサ３ａ…と、該位置センサ３ａ〜３ｆの検出出力に基づいて、上記可動コイル２ｂに流れる電流を制御する制御手段４とを備えている。各リニアアクチュエータ２の可動コイル２ｂに流れる電流を制御手段４にて上記非接触変位センサ３ａ…の出力に基づいてフィードバック制御することにより、可動体１の姿勢を６自由度制御する。

ここにおける制御手段４は、６個の可動コイル２ｂに作用するローレンツ力の相互作用を考慮してフィードバック制御の演算を行う必要があるため、行列演算を高速処理できるマイクロコンピュータ４ａを用いて形成され、各非接触変位センサ３ａ…の出力は、インタフェース４ｂを介してマイクロコンピュータ４ａに入力され、マイクロコンピュータ４ａから出力される制御出力は、アンプ４ｃを介して各可動コイル２ｂに印加されるようになっている。また、可動体１の下端には、部品Ｘを把持するグリッパ１ｃが設けられており、図示例では、平板型部品であるカード（メモリーカード）ＸをソケットＳの穴ｙに挿入し、その後、部品ＸをソケットＳから引き抜く挿抜試験用として使用している。尚電源４ｄは可動コイル２ｂに流す電流の電源である。

そしてロボットアーム６を動かすことでカードＣをソケットＳに挿入するにあたり、上記制御回路４は６個のリニアアクチュエータ２を次のように制御してカードＣのソケットＳへの挿入がスムーズになされるようにする。

すなわち、図２はカードＣが先端側の角に面取り部を備え、ソケットＳへの挿入時にカードＣの面取り部がソケットＳに当たる場合を示しているが、カードＣとソケットＳとが接触したならば、カードＣの端部には挿入方向以外の力が印加されることになる。このために、カードＣの面取り部がソケットＳに接触したことを上記非接触センサ３ａ…で検知することができるとともに、この検知がなされたならば、リニアアクチュエータ２における弾性定数（外枠５と可動体１との間の弾性定数）、殊に並進方向（挿入方向に対し、直角方向）の弾性定数または傾斜方向の弾性定数を低くするのである。この結果、カードＣはソケットＳに接触した面取り部をソケットＳに対して滑らせつつソケットＳ内にスムーズ入っていくことになる。

図１は上記制御のフローチャートを示しており、可動体１の外枠５に対する浮上条件である６自由度の弾性定数Ｋｎを（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ，Ｋθｘ，Ｋθｙ，Ｋθｚ) とする時、外枠５および可動体１をソケットＳの方向に一定速度で近づけた際に、可動体１のＺ方向変位量Ｚｅｒｒがある値ａより大きくなれば、カードＣがソケットＳが衝突したとして、水平方向の弾性定数Ｋｘ，Ｋｙを夫々（１／２）・Ｋｘ，（１／２）・Ｋｙとしている。水平方向の弾性定数が半分になったっため、面取り部接触時の抵抗力は理論上半減できるものである。

次に、ソケットＳの方向と挿抜試験機との位置関係が既知のものである場合は、次のようにしてもよい。なお、上記位置関係を既知としておくには、挿抜試験の場合、あらかじめカードＣをソケットＳに挿入した状態で位置関係（水平方向、傾き、回転）を計測すればよく、カメラでソケットＳの位置を確認してカードＣとの相対位置を計算で認識することで上記位置関係を既知としてもよい。

そして、図７に示すように挿入入り口において、面取り部に沿ってカードＣをソケットＳに入れていき、面取り部がほぼすべてソケットＳに入った時点で、カードＣの中心軸とソケットＳの中心軸を平行に、つまりカードＣを挿入方向と平行にするのである。図６はこの場合のフローチャートを示す。この場合、並進誤差があってもかまずに挿入できる。なお、図６中の「面取りの長さ」は面取り部の挿入方向Ｚにおける長さである。

また、図９に示すように、面取り部に沿ってカードＣをソケットＳに入れていき、面取り部がソケットＳ内に入ったものの、かみ始めた場合は、かみ始めたために挿入力Ｆｚが大きくなることで可動体１の挿入方向への移動速度が変化することから、この変化を検知した次点で（ある値Ｆｉｎより大きくなった次点で）、非接触変位センサ３ａ…の検出値をもとに電流値を調整することでカードＣとソケットＳを略平行に位置させるようにしてもよい。カードＣとソケットＳがかんでしまうことがないものである。図８にこの場合のフローチャートを示す。

また図１１に示すように、カードＣがソケットＳ内でかみ始めた時、図１０に示すように、カードＣの傾きについての弾性定数Ｋθｘ，Ｋθｙを小さくするようにしてもよい。この場合、カードＣの面取り部にかかる力が小さくなるので挿入力も小さくなるため、カードＣにかかる負荷も小さくできる。挿抜装置が長い場合に特に有効である。

また図１３に示すように、カードＣの面取り部がソケットＳ内に挿入された時点で並進方向の弾性定数Ｋｘ，Ｋｙを小さくすることも好ましい。図１２にこの場合のフローチャートを示す。横方向（並進方向）にかかる力が小さくなることから、挿入力も小さくなるものであり、従ってカードにかかる負荷も小さくできる。

図１５に示すようにカードＣに面取り部が無かったり、面取り部があっても面取り部以外の挿入方向先端縁がソケットＳに衝突する場合は、カードＣとソケットＳの接触時の反力が挿入方向と略同一方向となるために、この時には図１４に示すようにあらかじめ既知であるカードＣとソケットＳとの誤差量Ｌと同じ値だけ、可動体１を並進移動させることによってカードＣとソケットＳの位置を一致させ、この状態で更に挿入動作を行うようにすればよい。面取り部を有していないカードであっても、カードＣとソケットＳの位置をすばやく一致させて、スムーズに挿入することができる。

片側にのみ面取り部を有しているカードＣの場合、面取り部がない側がソケットＳに当たる時は上記図１６に示す動作を、面取り部がソケットＳに当たる時は前記並進方向の弾性定数を小さく動作を行うことが有効であるが、このほか、次のようにしてもよい。すなわち、図１６及び図１７に示すように、カードＣにおける面取り部を有していない側がソケットＳに当たったことを検出したならば、カードＣを水平移動させるとともに、この移動距離はカード１の他方の側の面取り部がソケットＳに当たることになる位置までとするのである。この移動の後、カードＣをソケットＳに挿入すれば、面取り部がソケットＳに当たることになるが、この時には並進方向の弾性定数を小さくすることでカードＣがスムーズにソケットＳに入っていくようにするである。誤差量が明確でない場合でも、面取りの範囲内にさえ並進移動させればよいために、制御精度をあまり高くしなくてもすむ。

このほか、人間がカードＣをソケットＳに挿入する際、カードＣの先端縁をソケットＳの縁に滑らせながら挿入することがある。この動作と同じ動作を行わせるには、図１９に示すように、挿入軸Ｚに対して傾きθｘと回転θｚの誤差を挿入前に持たせた状態で、つまりはカードＣを傾けた状態でソケットＳに近づけて行けばよく、この場合、ソケットＳにカードＣが接触すれば、カードＣはそのままソケットＳの内部に先端縁で滑っていく。図１８はこの場合の制御フローの一例を示しており、図２０は前記図１に示した弾性定数を変化させることを組み合わせることで、カードＣの滑りが良くなるようにすることで、よりスムーズなカードＣの挿入がなされるようにしたものを示している。

次に、図２２に示すように、カードＣのソケットＳへの挿入軸Ｚに対する回転成分の誤差がある場合は、カードＣとソケットＳの接触を検知した後、挿入軸Ｚの回転方向に可動体１を回転させて挿入すると、人間がひねりながら挿入する時の同様の挿入の仕方を実現することができる。具体的には図２１に示すように、挿入軸Ｚに対して傾きθｘと回転θｚの誤差を挿入前に持たせてこの状態でカードＣをソケットＳに近づけて行き、接触した段階でカードＣをひねってソケットＳと挿入軸Ｚ周りの回転θｚを一致させて挿入するのである。この場合、回転誤差があっても容易に挿入できる。

また、図２４に示すように、カードＣのソケットＳへの挿入時に並進誤差Ｇがある場合、カードＣ端部のソケットＳに近い側が下になるようにカードＣを傾けて挿入するとよい。つまりθｙを傾けた状態で挿入を行うのである。この動作も、人間が挿入を行う場合の動作に倣ったものであり、スムーズな挿入を行うことができる。

以上の各例では、挿入用部品Ｃとしてカード型のものを示したが、円筒型や角柱型のものであってもよいのはもちろんであり、また挿抜試験用ではなく、物品の自動組立用として用いてもよいのはもちろんである。また、挿入動作そのものはロボットアーム６で行うものを示したが、リニアアクチュエータ２による姿勢制御手段の可動体１のＺ方向移動で挿入動作を行うものであってもよい。更には、複数のリニアアクチュエータ２で構成される姿勢制御手段は図示例のものに限定されるものではない。

本発明の実施の形態の一例のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上で用いる姿勢制御手段の一例の概略図である。同上の要部分解斜視図である。 (a)(b)は同上のリニアアクチュエータの縦断面図と横断面図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。同上の他例の制御動作のフローチャートである。同上の動作説明図である。

符号の説明

１可動体
２リニアアクチュエータ
３ａ… 非接触変位センサ
４制御回路

Claims

可動体の姿勢を複数のリニア直流アクチュエータで制御する姿勢制御手段を備えるとともに挿入用部品の保持部を上記可動体が備えた部品挿入装置であって、上記姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品における面取り部とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものであることを特徴とする部品挿入装置。
可動体の姿勢を複数のリニア直流アクチュエータで制御する姿勢制御手段を備えるとともに挿入用部品の保持部を上記可動体が備えた部品挿入装置であって、上記姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してあらかじめ既知である挿入用部品と被挿入部との誤差量と同じ値だけ可動体を並進移動させて挿入用部品と被挿入部の位置を一致させるものであることを特徴とする部品挿入装置。
可動体の姿勢を複数のリニア直流アクチュエータで制御する姿勢制御手段を備えるとともに挿入用部品の保持部を上記可動体が備えた部品挿入装置であって、上記姿勢制御手段におけるリニア直流アクチュエータの可動コイルの電流値を制御する制御回路は、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知して挿入用部品における面取り部が被挿入部に接触することになる位置まで可動体を並進移動させ、その後、可動体の変位を検知する非接触変位センサの検出値に基づいて挿入用部品における面取り部とこの挿入用部品が被挿入部との接触を検知してリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものであることを特徴とする部品挿入装置。
制御回路は、挿入用部品における被挿入部との接触部が面取り部であるか否かに応じて請求項１記載の動作と請求項２記載の動作とを切り換えるものであることを特徴とする部品挿入装置。
制御回路は、挿入用部品がその先端部が被挿入部内に入った後に挿入用部品を挿入方向と略平行にするものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の部品挿入装置。
制御回路は、挿入用部品がその先端部が被挿入部内に入った後にリニア直流モータにおける挿入方向と交差する方向の弾性定数を小さくするものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の部品挿入装置。
制御回路は、挿入用部品を被挿入部に対して傾けた状態で挿入用部品の被挿入部への挿入を行うものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の部品挿入装置。
制御回路は、挿入用部品を挿入軸の回転方向に回転させた状態で挿入を行うものであることを特徴とする部品挿入装置。