JP2009125904A

JP2009125904A - 嵌合用ロボットシステム

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Publication number: JP2009125904A
Application number: JP2007305955A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Sakano; 哲朗坂野; Yoichi Inoue; 陽一井之上
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP4603574B2

Abstract

【課題】嵌合作業時に嵌合部材またはロボットのハンドが破損するのを防止する。
【解決手段】ハンド（４）に把持された嵌合部材（５）を対応する被嵌合部材（６）に嵌合させる嵌合用ロボットシステムは、嵌合部材と被嵌合部材との間の力に基づいて、嵌合部材が被嵌合部材に接触したのを判定する接触判定手段（３３）と、嵌合部材の一つのコーナ部が被嵌合部材の対応する一つのコーナ部に接触したと判定されたときにロボット（１）を停止させる停止手段（３４）と、嵌合部材のコーナ部の停止位置を基準位置として、嵌合部材を被嵌合部材に嵌合させるときの嵌合開始位置および嵌合経路を算出する算出手段（３５）と、嵌合開始位置および嵌合経路に基づいて嵌合部材を被嵌合部材に嵌合させたときに、前記力およびハンドの位置に基づいて、嵌合部材が被嵌合部材に正常に嵌合されたか否かを判定する嵌合判定手段（３６）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットのアームの先端に取付けられたハンドにより把持される嵌合部材、例えばコネクタの矩形プラグを対応する被嵌合部材、例えばレセプタクルに嵌合させる嵌合用ロボットシステムに関する。

工場における部品の組立工程では、ワーク同士を嵌合させる嵌合作業が含まれていることがある。そのような嵌合作業は、円柱型部品を対応する開口部に嵌合すること、コネクタの矩形プラグを対応するレセプタクルに嵌合させること、および矩形容器の口部に、対応した蓋部を取付けることを含んでいる。

特許文献１には、ロボットが円形型部品を開口部に嵌合させる作業が開示されている。
特開平９−１３６２７９号公報

しかしながら、矩形部品を対応する開口部に嵌合させる作業あるいは矩形容器の頂部に対応する蓋部を取付ける作業においては、円形型部品の場合と比較して、位置合わせの精度がより厳しく要求される。

そのような精度を達成するためには、矩形部品などの形状に適した専用の位置合わせ装置が必要となる。あるいは、専用の位置合わせ装置を使用しない場合であっても、そのような精度を達成するためには、矩形部品と対応する部品との位置を精密に計測するためのビジョンセンサをロボットの手首に取付ける必要がある。このような位置合わせ装置およびビジョンセンサによってロボットシステムが高価になる、という問題がある。また、ビジョンセンサをロボットに取付けた場合には、ビジョンセンサがロボット操作の邪魔になる、という問題も生じる。

さらに、開口部を備えた被嵌合部材に嵌合部材を嵌合させるときには、嵌合部材が開口部の内面に突当たって停止する場合がある。そのような場合であっても、従来では、ロボットは嵌合部材を移動させ続ける。このため、嵌合部材および／または被嵌合部材、あるいはロボットのハンドが破損するか、もしくは嵌合部材がハンドから脱落する可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、嵌合部材またはロボットのハンドを破損させることなしに、嵌合部材を被嵌合部材に容易に嵌合させられる安価な嵌合用ロボットシステムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットのアームの先端に取付けられたハンドにより把持される第一嵌合部材を対応する第二嵌合部材に嵌合させる嵌合用ロボットシステムにおいて、前記第一嵌合部材と前記第二嵌合部材との間に作用する力を検出する力検出手段と、前記第一嵌合部材を把持した前記ハンドの位置指令を作成する位置指令作成手段と、前記力検出手段により検出された力に基づいて、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に接触したのを判定する接触判定手段と、該接触判定手段により前記第一嵌合部材の一つのコーナ部が前記第二嵌合部材の対応する一つのコーナ部に接触したと判定されたときに、前記ロボットを停止させる停止手段と、該停止手段により停止されたときの前記第一嵌合部材の前記コーナ部の停止位置を基準位置として、前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に嵌合させるときの嵌合開始位置および嵌合経路を算出する算出手段と、該算出手段により算出された前記嵌合開始位置および前記嵌合経路に基づいて前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に嵌合させたときに、前記検出手段により検出された前記力および前記位置指令作成手段により作成された前記位置指令に基づいて、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたか否かを判定する嵌合判定手段とを具備する、嵌合用ロボットシステムが提供される。

すなわち１番目の発明においては、第一嵌合部材（嵌合部材および被嵌合部材のうちの一方）のコーナ部を第二嵌合部材（嵌合部材および被嵌合部材のうちの他方）のコーナ部に接触させた後で、嵌合開始位置などを算出して、第一嵌合部材を第二嵌合部材に嵌合させている。このため、これら嵌合部材およびロボットのハンドが破損するのを避けられる。さらに、専用の位置合わせ装置およびビジョンセンサを排除できるので、安価なロボットシステムを形成することができる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に接触する前に、前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に対して傾斜させる傾斜手段を具備する。
すなわち２番目の発明においては、一方の嵌合部材のコーナ部を他方の嵌合部材の開口部内に容易に部分的に挿入することができる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記第二嵌合部材の前記コーナ部を形成する二つの面のうちの一方の面に接触し、前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記一方の面に沿って移動して前記第二嵌合部材の前記コーナ部の他方の面に接触したときに、前記停止手段は前記ロボットを停止させるようにした。
すなわち３番目の発明においては、第一嵌合部材を第二嵌合部材に押付ける前に第一嵌合部材のコーナ部の位置が比較的大きな誤差を含んでいる場合であっても、第一嵌合部材のコーナ部を第二嵌合部材のコーナ部に容易に接触させられる。

４番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記第二嵌合部材の前記コーナ部を形成する二つの面のうちの両方の面に同時に接触したときに、前記停止手段は前記ロボットを停止させるようにした。
すなわち４番目の発明においては、比較的短い時間で、第一嵌合部材のコーナ部を第二嵌合部材のコーナ部に接触させられる。

５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記接触判定手段が前記第一嵌合部材の接触を判定することなしに前記第一嵌合部材が前記嵌合経路を通過したときに、前記嵌合判定手段は前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたと判定する。
すなわち５番目の発明における判定手法は、第一嵌合部材および第二嵌合部材の両方の剛性が比較的高い場合に有利である。

６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記接触判定手段により前記第一嵌合部材の接触が判定されつつ前記第一嵌合部材が前記嵌合経路を通過したときに、前記嵌合判定手段は前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたと判定する。
すなわち６番目の発明においては、接触に基づいて嵌合を判定しているので、第一嵌合部材と第二嵌合部材とのうちの一方が比較的たわみやすい部品に設けられている場合であっても、第一嵌合部材の正常な嵌合を判定できる。このことは、第一嵌合部材がプラグであり、第二嵌合部材が比較的たわみやすい基板上に配置されたレセプタクルである場合に特に有利である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく嵌合用ロボットシステムの略図である。図１に示される嵌合用ロボットシステム１０は、ロボット１とロボット制御ユニット１１とを含んでいる。ロボット１は、六軸構成の垂直多関節型ロボットである。図示されるように、ロボット１のロボットアーム２の先端には、二つのフィンガを備えたハンド４が取付けられている。また、ロボットアーム２とハンド４との間には、力センサ３が配置されている。力センサ３はハンド４に作用する力および／またはモーメントを検出する。

図１においては、ハンド４は嵌合部材５を把持している。そして、嵌合部材５が嵌合される被嵌合部材６は固定治具７によって所定位置に固定されている。図２は嵌合部材および被嵌合部材の拡大図である。図２に示される実施形態においては、嵌合部材５は略直方体形状であり、被嵌合部材６は嵌合部材５の断面に対応した矩形開口部６ａを備えている。嵌合部材５の下方のコーナ部Ａ〜Ｄは、被嵌合部材６の開口部６ａにおけるコーナ部Ａ’〜Ｄ’にそれぞれ対応している。図２から分かるように、嵌合部材５を被嵌合部材６に向かって矢印方向に移動させると、嵌合部材５は被嵌合部材６に嵌合されるようになる。

例えば嵌合部材５はコネクタのプラグであり、被嵌合部材６はプラグに対応したレセプタクルである。あるいは、嵌合部材５が容器の口部であり、被嵌合部材６は容器の口部に取付けられる蓋部である。なお、嵌合部材５のコーナ部Ａ〜Ｄおよび被嵌合部材６の開口部６ａにおけるコーナ部Ａ’〜Ｄ’の角度はいずれも９０度であるが、９０度以外の角度であっても、本発明の範囲に含まれるのは明らかであろう。

再び図１を参照すると、ロボット１および力センサ３はロボット制御ユニット１１に接続されている。ロボット制御ユニット１１はロボット１を制御するデジタルコンピュータであり、キーボードなどの入力手段１２が接続されている。

図１から分かるように、ロボット制御ユニット１１は、ＣＰＵ２１と記憶部２２とを主に含んでいる。記憶部２２は、各種の閾値、フラグおよびプログラムなどを記憶する。ＣＰＵ２１は、プログラムに基づいてハンド４のための位置指令を周期的に作成する位置指令作成手段３１と、ハンド４により把持された嵌合部材５を被嵌合部材６に対して傾斜させる傾斜手段３２と、力センサ３により検出された力に基づいて、嵌合部材５が被嵌合部材６に接触したのを判定する接触判定手段３３としての役目を果たす。

また、図１に示されるように、ＣＰＵ２１は、ロボット１を停止させる停止手段３４と、嵌合部材５のコーナ部の停止位置を基準位置として、嵌合部材５を被嵌合部材６に嵌合させるときの嵌合開始位置および嵌合経路を算出する算出手段３５としての役目を果たす。

さらに、ＣＰＵ２１は、嵌合開始位置および嵌合経路に基づいて嵌合部材５を被嵌合部材６に嵌合させたときに、力センサ３により検出された力および位置指令作成手段３１により作成される位置指令に基づいて、嵌合部材５が被嵌合部材６に正常に嵌合されたか否かを判定する嵌合判定手段３６としての役目を果たす。

図３および図４は本発明の第一の実施形態に基づくロボットシステム１０の動作を示すフローチャートである。以下、図３および図４を参照して、ロボットシステム１０の動作について説明する。なお、これら図面などに示される動作プログラムはロボットシステム１０の記憶部２２に記憶されているものとする。また、図３および図４に示される実施形態においては、比較的剛性の高い嵌合部材５および被嵌合部材６が使用されるものとする。

図３に示される動作プログラム１００のステップ１０１においては、嵌合部材５をロボット１のハンド４により把持し、ロボット１が嵌合部材５を移動させられるようにする。その後、嵌合部材５の下面は被嵌合部材６の上面に対して平行に配置される。

次いで、ステップ１０２において、傾斜手段３２が、固定治具７により固定された被嵌合部材６の上面に対して、嵌合部材５を傾斜させる。図５（ａ）は嵌合部材が被嵌合部材に対して傾斜した状態を示す図である。図５（ａ）等においては、被嵌合部材６の上面における長辺がＸ軸方向、長辺に対して垂直な短辺がＹ軸方向を示しており、これらＸ軸方向およびＹ軸方向に対して垂直でかつ嵌合部材５を嵌合させる方向がＺ軸方向に対応している。

図５（ａ）に示されるように、嵌合部材５を傾斜させるときには、嵌合部材５の下方側の一つのコーナ部、例えばコーナ部Ａが最下方に位置するようにする。このように嵌合部材５を予め傾斜させることによって、後述する嵌合動作を容易にできる。

次いで、図３のステップ１０３においては、傾斜した状態で嵌合部材５を所定のアプローチ位置まで移動させる。図６（ａ）はアプローチ位置における被嵌合部材６の頂面図である。また、理解を容易にする目的で、図６（ａ）等においては、嵌合部材５は部分的にのみ示されている。アプローチ位置においては、嵌合部材５のコーナ部Ａは、被嵌合部材６の開口部６ａの内方における所定の位置に在る。また、アプローチ位置においては、嵌合部材５のコーナ部Ａは、被嵌合部材６の上面よりもわずかながら下方に位置するものとする。

次いで、図３のステップ１０４において、Ｙ方向における押付停止動作を行う。図７は図３等に示される押付停止動作の詳細を示すフローチャートである。以下、図７を参照して、ステップ１０４における押付停止動作を説明する。

図７における動作プログラム２００のステップ２０１においては、力センサ３により検出されたハンド４の力検出値Ｐｄを力基準値Ｐｓとして設定する。次いで、ステップ２０２において、アプローチ位置に在る嵌合部材５を所定のアプローチ速度、例えば２０ｍｍ／ｓでＹ方向（図６（ａ）における矢印Ｒ１）に移動開始させる。次いで、ステップ２０３においては、力検出値Ｐｄから力基準値Ｐｓを減算して力現在値Ｐａを算出する。

力センサ３により検出される力検出値Ｐｄは、嵌合部材５がアプローチ位置に停止しているときのハンド４およびハンド４に把持される嵌合部材５の重量を含んでいる。従って、力現在値Ｐａは嵌合部材５に外界から作用する力のみを表すようになる。この力現在値Ｐａは所定周期毎、例えば４ｍｓ毎に算出されるものとする。

嵌合部材５が移動しているときには、力現在値Ｐａが所定の閾値Ｐｃと所定周期毎に比較される（ステップ２０５）。

ここで、閾値Ｐｃの値は、押付停止動作が行われる状況によって異なるものとする。操作者が、キーボードなどの入力手段１２を用いて、適切な閾値Ｐｃを入力するようにしてもよい。閾値Ｐｃが比較的小さい値、例えば１００ｇｆである場合には、嵌合部材５が他の部材と接触するだけでロボット１は停止する。あるいは、閾値Ｐｃが比較的大きい値、例えば１ｋｇｆである場合には、嵌合部材５が他の部材に押当たって嵌合部材５と他の部材との間に比較的強い力が生じたときにロボット１は停止する。

力現在値Ｐａが閾値Ｐｃ以上であると判定された場合には、接触判定手段３３は、嵌合部材５のコーナ部Ａが開口部６ａの一つの内面６ｂに接触したと判断される。この場合には、停止手段３４が嵌合部材５の移動を停止し、終了フラグＰを出す（ステップ２０６、２０７）。これにより、ロボット１が不必要な力を引き続いて発生させることはなく、嵌合部材５および／または被嵌合部材６ならびにハンド４が破損するのを避けられる。

一方、ステップ２０５において、力現在値Ｐａが閾値Ｐｃ以上でないと判定された場合には、ステップ２０８に進む。ステップ２０８においては、移動方向における嵌合部材５の現在位置が目標位置以上であるか否かが判定される。嵌合部材５の現在位置は、位置指令作成手段３１により作成されたハンド４に対する位置指令から分かる。また、この場合の目標位置は、アプローチ位置に在る嵌合部材５のコーナ部Ａが開口部６ａの一つの内面６ｂを十分に越えた位置である。

嵌合部材５の現在位置が目標位置以上であると判定された場合には、嵌合部材５が被嵌合部材６などの他の部材と接触することなしに、目標位置に到達したと判断される。この場合には、停止手段３４が嵌合部材５の移動を停止し、終了フラグＱを出す（ステップ２０９、２１０）。

なお、ステップ２０８において、現在位置が目標位置以上でないと判定された場合には、ステップ２０３に戻って処理を繰返す。また、ロボット１が停止したときには、その停止位置は記憶部２２に記憶されるものとする。

このようにして押付停止動作が完了すると、図５（ｂ）に示されるように、嵌合部材５のコーナ部Ａが開口部６ａの内面６ｂに当接した状態になる。そして、再び図３を参照すると、ステップ１０５において、終了フラグＰ、Ｑのいずれが出ているかが判定される。終了フラグＰが出ている場合にはステップ１０６に進み、終了フラグＱが出ている場合にはステップ１１６に進む。

ステップ１１６においては、嵌合部材５および／または被嵌合部材６が存在していないか、または被嵌合部材６が固定治具７に適切に固定されていないと判定される。従って、ステップ１１７においては、ハンド４が嵌合部材５を把持しなおすか、または被嵌合部材６が固定治具７に再度固定される。これにより、嵌合作業を再開することができる。なお、ステップ１１７においては、嵌合部材５および／または被嵌合部材６が存在していないことに応じて定まる他の処理を行うようにしてもよい。

一方、終了フラグＰが出ている場合には、ステップ１０６において、Ｘ方向（図６（ａ）における矢印Ｒ２）における押付停止動作を行う。この押付停止動作および後述するステップ１０９、１１１における押付停止動作は、嵌合部材５の移動方向および目標位置が異なることを除けば、図７を参照して説明したのと同様であるので説明を省略する。

なお、ステップ１０６の押付停止動作における目標位置は、内面６ｂにて停止した嵌合部材５のコーナ部Ａが開口部６ａの他の内面６ｃを十分に越えた位置である。そして、終了フラグＰが得られたとステップ１０７において判定された場合にはステップ１０８に進み、終了フラグＱが得られたと判定された場合にはステップ１１６に進む。

終了フラグＰが得られた場合には、接触判定手段３３は、嵌合部材５のコーナ部Ａは被嵌合部材６の内面６ｂに沿って移動して他の内面６ｃに接触したと判定する。すなわち、この場合には、嵌合部材５のコーナ部Ａは被嵌合部材６のコーナ部Ａ’に接触したと判断される（図５（ｃ）を参照されたい）。

このように、本発明においては、Ｘ方向およびＹ方向の両方における押付停止動作を行っている。従って、アプローチ位置が比較的大きな誤差を含んでいる場合、あるいはアプローチ位置と開口部６ａのコーナ部Ａ’とが比較的離れている場合であっても、嵌合部材５のコーナ部Ａを被嵌合部材６のコーナ部Ａ’に容易に接触させられる。

次いで、ステップ１０８においては、嵌合部材５のコーナ部Ａの停止位置が基準位置として設定される。次いで、算出手段３５が、基準位置および嵌合部材５および被嵌合部材６の寸法などに基づいて、嵌合部材５を被嵌合部材６に嵌合させるときの嵌合開始位置および嵌合経路を算出する。嵌合経路は、嵌合開始位置から開口部６ａ内に延びる仮想の通路であり、終端を含んでいる。嵌合部材５が嵌合経路の終端に到達すると、嵌合部材５は被嵌合部材６に嵌合したものとみなされる。

次いで、ステップ１０９において、嵌合部材５の傾斜を解除する方向に嵌合部材５を移動させつつ、前述した押付停止動作を行う。なお、この場合の目標位置（図２におけるステップ２０８）は、例えば開口部６ａの上面近傍の位置である。

傾斜解除方向における押付停止動作により、嵌合部材５の下面は被嵌合部材６の上面に対して概ね平行になる。このとき、嵌合部材５の下面は被嵌合部材６の開口部６ａの上面よりもわずかながら下方に位置しているのが好ましい。次いで、ステップ１１０において、終了フラグＰが出ている場合にはステップ１１３に進み、終了フラグＱが出ている場合にはステップ１１１に進む。

ステップ１１３においては、嵌合部材５を傾斜解除方向に移動させるときに嵌合部材５の残りのコーナ部Ｂ〜Ｄのうちの少なくとも一つが被嵌合部材６の開口部６ａの内面６ｂに押当たって停止したと判断される。この場合には、例えば嵌合部材５が寸法不良であると判断する。そして、ステップ１１４において、嵌合部材５を交換する処理を行い、それにより、嵌合作業を再開することができる。なお、ステップ１１４においては、嵌合部材５が寸法不良であることに応じて定まる他の処理を行うようにしてもよい。

一方、ステップ１１０において終了フラグＱが出ている場合には、傾斜解除するときに嵌合部材５は開口部６ａの内面６ｂ、６ｃ等に接触しなかったと判断できる。この場合には、嵌合部材５の下面は嵌合開始位置において被嵌合部材６の上面に対して平行に位置している。次いで、ステップ１１１において、Ｚ方向において嵌合部材５を嵌合経路に移動させつつ、前述した押付停止動作を行う。この場合の目標位置（図２におけるステップ２０８）は、嵌合経路の終端である。

そして、ステップ１１２において、Ｚ方向における押付停止動作により終了フラグＰが出ていると判定された場合にはステップ１１３に進む。一方、終了フラグＱが出ていると判定された場合には、嵌合部材５が被嵌合部材６の開口部６ａに接触することなしに嵌合経路の終端に到達したと判断できる。この場合には、嵌合判定手段３６は、嵌合部材５が被嵌合部材６に正常に嵌合したと判定して（ステップ１１５）、処理を終了する。

このように、本発明においては、嵌合部材５のコーナ部Ａを被嵌合部材６のコーナ部Ａ’に接触させた後で、嵌合開始位置などを算出し、嵌合開始位置などに基づいて嵌合部材５を被嵌合部材６に嵌合させている。このため、嵌合部材５、被嵌合部材６およびハンド４が破損することなしに嵌合部材５を被嵌合部材６に正確に嵌合することが可能となる。その結果、本発明においては、従来技術にて必要であった専用の位置合わせ装置およびビジョンセンサを排除できるので、ロボットシステムを安価に形成することが可能となる。

ところで、ハンド４が嵌合部材５を把持する前に、ハンド４によって前述した押付停止動作を行い、それにより、嵌合部材５の端面の位置を予め検出してもよい。これにより、ハンド４は嵌合部材５を高精度で把持できるようになる。さらに、ロボット１の押付停止動作により被嵌合部材６を固定治具７に押当てつつ位置決めし、それにより、被嵌合部材６を固定治具７に高精度で固定してもよい。このような場合に嵌合部材５をアプローチ位置まで移動させると、嵌合部材５と被嵌合部材６との間の相対位置を極めて高精度で把握することができる。

図６（ｂ）は、相対位置が高精度で把握できている場合における本発明の他の実施形態に基づくアプローチ位置を示す図６（ａ）と同様の図である。この場合には、図６（ｂ）に示されるように、アプローチ位置に在る嵌合部材５のコーナ部Ａを被嵌合部材６の開口部６ａのコーナ部Ａ’に向かって約４５度の角度で斜め方向（図６（ｂ）における矢印Ｒ３）に移動させる。

このとき、前述した押付停止動作を行い、終了フラグＰと共に嵌合部材５が停止した場合には、嵌合部材５のコーナ部Ａは開口部６ａの内面６ｂ、６ｃに同時に接触、つまり開口部６ａのコーナ部Ａ’に直接的に接触したものと判断できる（図５（ｃ）を参照されたい）。従って、他の実施形態においては、二回の押付停止動作（Ｘ方向、Ｙ方向）を行う必要はなく、斜め方向における一回の押付停止動作を行えば足りる。この場合には、比較的短い時間で、嵌合部材５のコーナ部Ａを被嵌合部材６のコーナ部Ａ’に接触させられるのが分かるであろう。

ところで、図７に示される動作プログラム２００のステップ２０６、２０９において嵌合部材５を停止させる場合には、ロボット１は通常はわずかながら惰走してから停止する。このため、嵌合部材５は被嵌合部材６の開口部６ａの内面６ｂまたは内面６ｃにわずかながら食込んで停止する。

このような嵌合部材５の食込みは、ロボット１の次の動作に悪影響を与える可能性が高い。このため、嵌合部材５が停止した後で、嵌合部材５を逆方向にわずかながら移動させるのが好ましい。ロボット１の惰走距離はロボット１の移動速度に応じて定まり、例えばアプローチ速度が１０ｍｍ／ｓのときには、惰走距離は約０．２ｍｍである。従って、逆方向への移動距離を、アプローチ速度に基づいて算出できる。そして、算出された移動距離だけ嵌合部材５を逆方向に移動させると、嵌合部材５は被嵌合部材６に接触開始したときの位置に停止することになる。このような嵌合部材５の逆方向への移動は、押付停止動作を行うたび毎に行うのが好ましい。これにより、嵌合部材５の食込みを解除して、嵌合部材５および／または被嵌合部材６が損傷するのを避けることができる。

図８は本発明の第二の実施形態に基づくロボットシステムの動作を示すフローチャートである。第二の実施形態においては、被嵌合部材６を固定する固定治具７が比較的たわみやすい部材であるものとする。第二の実施形態における一つの例においては、例えば嵌合部材５がプラグであり、固定治具７が比較的たわみやすい基板であり、被嵌合部材６がこの基板上に配置されたレセプタクルである。

なお、図８に示される動作プログラム１００’におけるステップ１０９〜１１７は、図４を参照して説明したのと概ね同様であるので再度の説明を省略する。また、第二の実施形態の動作プログラム１００’におけるステップ１０１〜１０８は、図３を参照して説明したのと同様であるので図示および再度の説明を省略する。

第二の実施形態においては、ステップ１１１の押付停止動作（Ｚ方向）に関する目標位置は、嵌合部材５としてのプラグを被嵌合部材６としてのレセプタクルに嵌合するのに必要とされるレセプタクルの開口部の深さに概ね等しい。また、押付停止動作における閾値Ｐｃ（図７のステップ２０５）はプラグをレセプタクルに嵌合するのに必要とされる力に概ね等しい。そして、ステップ１１２において終了フラグＱが出ていると判定された場合には、ステップ１１６に進んで、レセプタクルおよび／またはプラグが存在していないと判断される。

一方、ステップ１１２において終了フラグＰが出ていると判定された場合には、押付停止動作時にプラグをレセプタクルに嵌合するのに十分な力が作用したため、プラグがレセプタクルに嵌合された可能性が高い。このことを確認するために、ステップ１１８に進む。

ステップ１１８においては、Ｚ方向において嵌合部材５の現在位置が目標位置以上であるか否かが判定される。プラグをレセプタクルに接続する際には、固定治具７としての基板が押付方向にたわむ。このため、ステップ１１８における目標位置は、前述したレセプタクルの開口部の深さに基板のたわみを加算した値に概ね相当する。

そして、ステップ１１８において、嵌合部材５の現在位置が目標位置以上であると判定された場合には、プラグをレセプタクルに嵌合するのに十分な力が作用したと共に、プラグは嵌合されるのに十分な距離を移動したものと判断できる。この場合には、ステップ１１５に進んで、嵌合判定手段３６が正常な嵌合であると判断する。一方、嵌合部材５の現在位置が目標位置以上でないと判定された場合には、ステップ１１３に進んで、嵌合動作が停止したものと判断され、ステップ１１４において、所定の処理を受ける。第二の実施形態は、嵌合部材５がプラグであり、被嵌合部材６が比較的たわみやすい基板上に配置されたレセプタクルである場合に特に有利であるのが分かるであろう。

なお、図面を参照して説明した実施形態においては、ハンド４により把持された嵌合部材５を固定された被嵌合部材６に嵌合させている。しかしながら、嵌合部材５が固定治具７により固定されていて、ハンド４により把持された被嵌合部材６を嵌合部材５に嵌合させる嵌合動作に対しても本発明のロボットシステム１０を適用することができる。また、図面には示さないものの、挿入部材を被挿入部材に挿入させる場合にも本発明のロボットシステム１０を適用できるのは明らかであろう。

本発明に基づく嵌合用ロボットシステムの略図である。嵌合部材および被嵌合部材の拡大図である。本発明の第一の実施形態に基づくロボットシステムの動作を示す第一のフローチャートである。本発明の第一の実施形態に基づくロボットシステムの動作を示す第二のフローチャートである。（ａ）嵌合部材が被嵌合部材に対して傾斜した状態を示す図である。（ｂ）嵌合部材の一つのコーナ部が被嵌合部材の内面に接触した状態を示す図である。（ｃ）嵌合部材の一つのコーナ部が被嵌合部材の対応するコーナ部に接触した状態を示す図である。（ａ）アプローチ位置における被嵌合部材の頂面図である。（ｂ）本発明の他の実施形態におけるアプローチ位置を示す図６（ａ）と同様の図である。押付停止動作の詳細を示すフローチャートである。本発明の第二の実施形態に基づくロボットシステムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ロボット
２ロボットアーム
４ハンド
３力センサ（力検出手段）
５嵌合部材
６被嵌合部材
７固定治具
６ａ開口部
６ｂ、６ｃ内面
１０嵌合用ロボットシステム
１１ロボット制御ユニット
１２入力手段
２１ＣＰＵ
２２記憶部
３１位置指令作成手段
３２傾斜手段
３３接触判定手段
３４停止手段
３５算出手段
３６嵌合判定手段
Ａ〜Ｄ嵌合部材のコーナ部
Ａ’〜Ｄ’ 被嵌合部材のコーナ部

Claims

ロボットのアームの先端に取付けられたハンドにより把持される第一嵌合部材を対応する第二嵌合部材に嵌合させる嵌合用ロボットシステムにおいて、
前記第一嵌合部材と前記第二嵌合部材との間に作用する力を検出する力検出手段と、
前記第一嵌合部材を把持した前記ハンドの位置指令を作成する位置指令作成手段と、
前記力検出手段により検出された力に基づいて、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に接触したのを判定する接触判定手段と、
該接触判定手段により前記第一嵌合部材の一つのコーナ部が前記第二嵌合部材の対応する一つのコーナ部に接触したと判定されたときに、前記ロボットを停止させる停止手段と、
該停止手段により停止されたときの前記第一嵌合部材の前記コーナ部の停止位置を基準位置として、前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に嵌合させるときの嵌合開始位置および嵌合経路を算出する算出手段と、
該算出手段により算出された前記嵌合開始位置および前記嵌合経路に基づいて前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に嵌合させたときに、前記検出手段により検出された前記力および前記位置指令作成手段により作成された前記位置指令に基づいて、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたか否かを判定する嵌合判定手段とを具備する、嵌合用ロボットシステム。
さらに、前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に接触する前に、前記第一嵌合部材を前記第二嵌合部材に対して傾斜させる傾斜手段を具備する、請求項１に記載の嵌合用ロボットシステム。
前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記第二嵌合部材の前記コーナ部を形成する二つの面のうちの一方の面に接触し、前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記一方の面に沿って移動して前記第二嵌合部材の前記コーナ部の他方の面に接触したときに、前記停止手段は前記ロボットを停止させるようにした請求項１または２に記載の嵌合用ロボットシステム。
前記第一嵌合部材の前記コーナ部が前記第二嵌合部材の前記コーナ部を形成する二つの面のうちの両方の面に同時に接触したときに、前記停止手段は前記ロボットを停止させるようにした請求項１または２に記載の嵌合用ロボットシステム。
前記接触判定手段が前記第一嵌合部材の接触を判定することなしに前記第一嵌合部材が前記嵌合経路を通過したときに、前記嵌合判定手段は前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたと判定する請求項１から４のいずれかに記載の嵌合用ロボットシステム。
前記接触判定手段により前記第一嵌合部材の接触が判定されつつ前記第一嵌合部材が前記嵌合経路を通過したときに、前記嵌合判定手段は前記第一嵌合部材が前記第二嵌合部材に正常に嵌合されたと判定する請求項１から４のいずれかに記載の嵌合用ロボットシステム。