JP2009241168A - Component grasping device and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品把持装置とその方法に係り、特に、部品を把持する把持手段と該把持手段を制御する制御手段とを有する部品把持装置に用いるのに好適な、部品を把持したままで部品の把持状態を制御可能な部品把持装置とその方法に関する。 The present invention relates to a component gripping apparatus and method, and more particularly, to a component gripping device suitable for use in a component gripping device having a gripping means for gripping a component and a control means for controlling the gripping means. The present invention relates to a component gripping apparatus capable of controlling the gripping state and a method thereof.
従来、部品を回路基板に搭載する部品搭載装置において、部品を部品供給部で把持するために、部品把持装置が用いられてきた。その従来の部品把持装置について、例えば、特許文献１の記載に基づき、図２１を用いて説明する。図２１（Ａ）に示す如く、部品把持装置において、部品２の把持手段である部品把持機構４は、本体６内で圧縮スプリング８を介してＺ軸方向に移動可能な第１の移動部１０と、第１の移動部１０の下端に設けられたベアリング１２によって自身の係合孔１４ＡＡ、１４ＢＡに係合されると共に、ベアリング１６Ａ、１６Ｂにより本体６内でＺ軸方向に対して垂直であって相互に逆向きの方向（Ｘ軸方向）に移動可能な２つの第２の移動部１４Ａ、１４Ｂと、第２の移動部１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ固定されている２つの把持部１８Ａ、１８Ｂと、を備えている。このような構成により、第１の移動部１０をＺ軸方向に移動させることにより、第２の移動部１４Ａ、１４Ｂと共に把持部１８Ａ、１８ＢがそれぞれＸ軸方向の互いに逆側に移動する。それに伴い、本体６の中心軸Ｏに設けられたストッパ２０を中心にして把持部１８Ａ、１８Ｂの間隔がＸ軸方向で変化して、部品２を把持・開放することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a component mounting apparatus that mounts a component on a circuit board, a component gripping device has been used to grip the component with a component supply unit. The conventional component gripping device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 21A, in the component gripping apparatus, the component gripping mechanism 4 that is the gripping means for the component 2 is moved in the Z-axis direction via the compression spring 8 in the main body 6. The bearing 12 provided at the lower end of the first moving unit 10 is engaged with its own engagement holes 14AA and 14BA and is perpendicular to the Z-axis direction in the main body 6 by the bearings 16A and 16B. Two second moving parts 14A and 14B that are movable in opposite directions (X-axis direction), and two gripping parts 18A and 18B that are fixed to the second moving parts 14A and 14B, respectively. It is equipped with. With such a configuration, by moving the first moving unit 10 in the Z-axis direction, the gripping units 18A and 18B move together with the second moving units 14A and 14B to the opposite sides in the X-axis direction. Accordingly, the interval between the gripping portions 18A and 18B changes in the X-axis direction around the stopper 20 provided on the central axis O of the main body 6, and the component 2 can be gripped / released.
具体的に、図２１（Ｂ）を参照して、部品２を把持する動作を説明する。先ず、ストッパ２０を部品２の上面に接触させて、２つの把持部１８Ａ、１８Ｂを部品２の両側面の外側に位置決めする。そして、本体６の上部に設けられたバキューム孔６Ａからエアを吸引する。すると圧縮スプリング８が縮んで、第１の移動部１０が図面上方へ、即ちＺ軸方向のプラス側へ移動する。この第１の移動部１０の移動に伴い、ベアリング１２もＺ軸方向のプラス側へ移動する。このとき、係合孔１４ＡＡ、１４ＢＡは、図２１（Ｂ）に示す如く、斜めに形成された孔である。このため、ベアリング１２が係合孔１４ＡＡ、１４ＢＡ内でＺ軸方向のプラス側へ移動することにより、第２の移動部１４Ａ、１４Ｂがベアリング１６Ａ、１６Ｂの回転でＸ軸方向に、中心軸Ｏに向かって互いに接近するように移動する。これにより、２つの把持部１８Ａ、１８Ｂの間隔が平行状態を保ちながら狭まるので、２つの把持部１８Ａ、１８Ｂで部品２の両側面を挟み込むと共に、ストッパ２０で部品２の上面を支持させてしっかりと保持することができる。 Specifically, the operation of gripping the component 2 will be described with reference to FIG. First, the stopper 20 is brought into contact with the upper surface of the component 2 to position the two gripping portions 18 </ b> A and 18 </ b> B outside the both side surfaces of the component 2. Then, air is sucked from a vacuum hole 6 </ b> A provided in the upper part of the main body 6. Then, the compression spring 8 is contracted, and the first moving unit 10 moves upward in the drawing, that is, to the plus side in the Z-axis direction. As the first moving unit 10 moves, the bearing 12 also moves to the plus side in the Z-axis direction. At this time, the engagement holes 14AA and 14BA are holes formed obliquely as shown in FIG. For this reason, when the bearing 12 moves to the positive side in the Z-axis direction within the engagement holes 14AA and 14BA, the second moving parts 14A and 14B are rotated in the X-axis direction by the rotation of the bearings 16A and 16B. Move towards each other. As a result, the distance between the two gripping portions 18A and 18B is narrowed while maintaining a parallel state, so that both side surfaces of the component 2 are sandwiched between the two gripping portions 18A and 18B, and the upper surface of the component 2 is supported by the stopper 20 and firmly And can be held.
又、別の従来の部品把持装置を、特許文献２の記載に基づき、図２２を用いて説明する。部品把持装置において、部品５２の把持手段である部品把持機構５４は、部品５２を挟む固定爪５８と可動爪６０とを有する。固定爪５８は本体５６に一体に形成されている。可動爪６０は本体５６のＸ軸方向に形成された吸引孔５６Ａに沿ってＸ軸方向に移動可能なピストン６２に支持ピン６４で軸支されている。このため、可動爪６０は、支持ピン６４を中心に回転可能である。吸引孔５６Ａは本体５６のＺ軸方向に設けられた吸引通路５６Ｂを介して、吸着ノズル５０の吸気口５０Ａに連通している。このため、吸着ノズル５０の吸気口５０Ａからエアを吸引すると、ピストン６２が図の右側（Ｘ軸方向のプラス側）に移動し、部品５２に応じて、可動爪６０の把持角度が可変して、部品５２を把持する構造となっている。 Further, another conventional component gripping device will be described with reference to FIG. In the component gripping device, a component gripping mechanism 54 that is a gripping means for the component 52 includes a fixed claw 58 and a movable claw 60 that sandwich the component 52. The fixing claw 58 is formed integrally with the main body 56. The movable claw 60 is pivotally supported by a support pin 64 on a piston 62 that can move in the X-axis direction along a suction hole 56 </ b> A formed in the X-axis direction of the main body 56. For this reason, the movable claw 60 can rotate around the support pin 64. The suction hole 56 </ b> A communicates with the suction port 50 </ b> A of the suction nozzle 50 via a suction passage 56 </ b> B provided in the Z-axis direction of the main body 56. For this reason, when air is sucked from the suction port 50A of the suction nozzle 50, the piston 62 moves to the right side (the positive side in the X-axis direction) of the drawing, and the gripping angle of the movable claw 60 is varied according to the component 52. The component 52 is gripped.
又、上記２つの部品把持装置を部品搭載装置に適用した場合には、部品把持装置の部品把持機構は部品を搭載する搭載ヘッドの備える吸着ノズルの先端に取付けられる。動作においては、部品把持機構が部品を把持して、その把持された部品の状態が部品搭載装置に配置された部品認識カメラで認識されて、部品搭載位置とのずれ量が演算・補正されて、部品が部品搭載位置へ移動される。 When the two component gripping devices are applied to the component mounting device, the component gripping mechanism of the component gripping device is attached to the tip of the suction nozzle provided in the mounting head for mounting the component. In operation, the component gripping mechanism grips the component, the state of the gripped component is recognized by the component recognition camera arranged in the component mounting device, and the deviation from the component mounting position is calculated and corrected. The component is moved to the component mounting position.
しかしながら、特許文献１では、２つの把持部１８Ａ、１８Ｂの間隔が平行状態を保ちながら狭まり、部品の両側面を挟み込むような構成の為、把持部１８Ａ、１８Ｂで部品を把持する際に、それぞれを独立に駆動することができない。このため、部品を把持したままで部品の把持状態（位置や角度）を変更制御することができない。更に、電空レギュレータを使用してエアの制御をすることで把持力の制御を行うことはできるが、エアを供給する管路が長いと反応遅れなどがあり把持力の適時制御するのに問題があった。 However, in Patent Document 1, the distance between the two gripping portions 18A and 18B is narrowed while maintaining a parallel state, and the both side surfaces of the component are sandwiched between the gripping portions 18A and 18B. Cannot be driven independently. For this reason, it is impossible to change and control the gripping state (position and angle) of the component while gripping the component. Furthermore, it is possible to control the gripping force by controlling the air using an electropneumatic regulator, but there is a problem in controlling the gripping force in a timely manner because there is a reaction delay if the pipe for supplying air is long. was there.
又、特許文献２では、可動爪６０により固定爪５８に部品を押付けるように把持することから、可動爪６０は部品に応じてその角度が可変であるに過ぎず、部品の位置や角度を制御することができない。また、特許文献１と同様に、電空レギュレータを使用した場合に、エアを供給する管路が長いと反応遅れなどがあり把持力の適時制御するのに問題があった。 In Patent Document 2, since the movable claw 60 is gripped so that the component is pressed against the fixed claw 58, the angle of the movable claw 60 is only variable according to the component, and the position and angle of the component are changed. I can't control it. Similarly to Patent Document 1, when an electropneumatic regulator is used, there is a problem in controlling the gripping force in a timely manner due to a reaction delay or the like if the pipe for supplying air is long.
このような部品把持装置が部品搭載装置に適用されたときには、部品認識後に部品搭載位置とのずれ量が演算され、ずれ量を補正する補正量を算出してからでないと搭載位置への移動ができなかった。ここで、部品認識後に、一度理論上の搭載位置に移動・停止してから補正量分だけ再度移動することもできるが、正確な部品搭載位置に移動するまで１度停止することとなるために移動に要する時間が余計に必要であった。つまり、部品認識後の補正量自体は非常に微小な量となっても、部品搭載装置の移動機構を再度動作させて移動することとなるのでその整定時間が余計に必要だったことによるものである。 When such a component gripping device is applied to a component mounting device, a deviation amount from the component mounting position is calculated after the component recognition, and the movement to the mounting position is not made unless a correction amount for correcting the deviation amount is calculated. could not. Here, after component recognition, it can be moved once again to the theoretical mounting position and then moved again by the amount of correction, but it will stop once until it moves to the correct component mounting position. It took extra time to move. In other words, even if the correction amount itself after component recognition is very small, it is necessary to settling time because the movement mechanism of the component mounting device is operated again and moved. is there.
本発明は、上記の事情に鑑み、部品を把持したままで、部品の角度や位置を制御でき、且つ迅速な把持力制御が可能であり、部品搭載装置に適用したときには部品認識から部品搭載までを迅速に行うことを可能とする部品把持装置とその方法を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention can control the angle and position of a component while holding the component, and can control the gripping force quickly. When applied to a component mounting apparatus, from component recognition to component mounting. It is an object of the present invention to provide a component gripping device and a method thereof that can quickly perform the above.
本願の請求項１に係る発明は、部品を把持する把持手段と該把持手段を制御する制御手段とを有する部品把持装置において、前記把持手段が、前記部品を把持するための３つ以上の把持爪と、該把持爪を駆動する互いに独立した駆動源とを備え、且つ、前記制御手段が、前記把持手段を制御するための外乱オブザーバと、軸ねじれ反力推定オブザーバとを備え、前記制御手段から前記駆動源への制御指令により前記把持手段が共振比制御されたことにより前記課題を解決したものである。 The invention according to claim 1 of the present application is a component gripping apparatus having a gripping means for gripping a part and a control means for controlling the gripping means, wherein the gripping means grips at least three grips for gripping the part. A claw and a mutually independent drive source for driving the gripping claw, and the control means includes a disturbance observer for controlling the gripping means and a shaft torsional reaction force estimation observer, and the control means Thus, the above-mentioned problem is solved by the resonance ratio control of the gripping means by a control command to the drive source.
本願の請求項２に係る発明は、前記把持爪の少なくとも１つ以上が圧力検出手段を備えていることとしたものである。 In the invention according to claim 2 of the present application, at least one of the gripping claws includes a pressure detecting means.
本願の請求項３に係る発明は、又、把持手段を制御することで部品を把持する部品把持方法において、前記把持手段が、前記部品を把持するための３つ以上の把持爪と、該把持爪を駆動する互いに独立した駆動源とを備え、該駆動源に制御指令を伝えて、把持手段を外乱オブザーバと軸ねじれ反力推定オブザーバとを用いて共振比制御することを特徴とする部品把持方法としたものである。 The invention according to claim 3 of the present application is also a component gripping method for gripping a component by controlling the gripping means, wherein the gripping means includes three or more gripping claws for gripping the component, and the gripping A component gripping mechanism comprising: independent drive sources for driving the claws; transmitting a control command to the drive source; and controlling the resonance ratio using a disturbance observer and a torsional reaction force estimation observer for the gripping means It is a method.
ここで、共振比制御とは、駆動源と駆動源に対する負荷(負荷側)が存在したときにそれぞれが共振周波数を有するが、当該駆動源の共振周波数を制御することにより、駆動源の共振周波数と負荷側の共振周波数との比（共振比）を制御して駆動源と負荷とを含めた移動機構の全体制御を行うことをいうものとする。又、外乱オブザーバとは、外乱成分を推定し、フィードフォワード的にこれを補償することで外乱の影響を打ち消すシステムをいうものとする。更に、軸ねじれ反力推定オブザーバとは、負荷側に生じる軸ねじれで発生する反力を推定し、フィードフォワード的にこれを補償することで軸ねじれで発生する反力の影響を打ち消すシステムをいうものとする。 Here, the resonance ratio control has a resonance frequency when there is a drive source and a load (load side) to the drive source, but the resonance frequency of the drive source is controlled by controlling the resonance frequency of the drive source. The overall control of the moving mechanism including the drive source and the load is performed by controlling the ratio (resonance ratio) between the power source and the load side resonance frequency. The disturbance observer is a system that estimates the disturbance component and compensates for it in a feedforward manner to cancel the influence of the disturbance. Furthermore, the torsional reaction force estimation observer is a system that estimates the reaction force generated by the shaft torsion occurring on the load side and compensates for this in a feedforward manner to cancel the influence of the reaction force generated by the shaft torsion. Shall.
本発明によれば、把持爪の重心位置、ヨーイング量、把持力を独立に制御することができ、部品の把持状態（位置及び角度）と把持力の制御をすることができる。又、外乱オブザーバと軸ねじれ反力推定オブザーバとを用いて共振比制御を行うので、２慣性共振負荷の振動抑制の制御が可能となり、把持爪の摩擦やパラメータ変動等の外乱を排除したロバストな制御が可能である。 According to the present invention, the gravity center position, yawing amount, and gripping force of the gripping claws can be controlled independently, and the gripping state (position and angle) of the component and the gripping force can be controlled. In addition, since the resonance ratio control is performed using the disturbance observer and the axial torsional reaction force estimation observer, it is possible to control the vibration suppression of the two-inertia resonance load, and the robustness eliminates disturbances such as gripping claw friction and parameter fluctuations. Control is possible.
又、把持爪に圧力検出手段を備えたときには、把持力のより正確で且つ迅速な制御が可能である。 Further, when the gripping claw is provided with pressure detecting means, the gripping force can be controlled more accurately and quickly.
更に、部品搭載装置に適用した場合には、部品の把持状態の認識後に部品搭載位置とのずれ量を演算・補正して搭載位置へ移動する際に、補正量が求まる前に部品の搭載位置への移動を開始して、その移動中に補正量を求めて更にその補正量の移動を独立に行うことができ、移動に要する時間を短縮することが可能である。 Furthermore, when applied to a component mounting device, when moving to the mounting position after calculating and correcting the amount of deviation from the component mounting position after recognizing the gripping state of the component, the component mounting position is calculated before the correction amount is obtained. The correction amount can be obtained during the movement, and the correction amount can be moved independently, and the time required for the movement can be shortened.
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は本発明の第１実施形態に係る部品把持装置を適用した部品搭載装置の概略図、図２は部品搭載装置全体の制御系の構成を表すブロック図を示す図、図３は部品把持装置における部品把持機構の概略図、図４は部品把持機構の１つのサーボモータ周辺を示す概略構成図、図５は把持爪の移動原理を説明する摸式図、図６は把持爪が閉じられた状態を示す摸式図、図７は把持爪が開かれた状態を示す摸式図、図８は把持爪で部品を把持した状態を示す摸式図、図９は部品把持後に部品の中心位置がずれている状態を示す摸式図、図１０は部品把持後に部品の角度がずれている状態を示す摸式図、図１１は部品把持後に部品の角度がずれているときに傾き補正するための把持爪の移動距離を求めるための摸式図、図１２は部品把持後に部品の把持力を調整させた際の摸式図、図１３は把持爪の１つを駆動するためのブロック線図を示す図、図１４は外部オブザーバのブロック線図を示す図、図１５は軸ねじれ反力推定オブザーバのブロック線図を示す図、図１６は加速度制御系のブロック線図を示す図、図１７は３つの把持爪を備える場合の把持爪の重心位置、ヨーイング量、把持力を独立して制御するためのモデル化されたブロック線図を示す図、図１８は図１７の具体的な行列パラメータを用いた３つの把持爪を駆動するためのブロック線図を示す図、である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a component mounting apparatus to which the component gripping apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system of the entire component mounting apparatus. FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the periphery of one servo motor of the component gripping mechanism, FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the principle of movement of the gripping claws, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the gripping claws are opened, FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the part is gripped by the gripping claws, and FIG. 9 is the center of the part after gripping the part. FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which the angle of the component is shifted after gripping the component, and FIG. 11 is a tilt correction when the angle of the component is shifted after gripping the component. Fig. 12 is a schematic diagram for obtaining the movement distance of the gripping claw for gripping the part. Fig. 13 shows a block diagram for driving one of the gripping claws, Fig. 14 shows a block diagram of the external observer, and Fig. 15 shows a shaft twist. Fig. 16 is a block diagram of the reaction force estimation observer, Fig. 16 is a block diagram of the acceleration control system, and Fig. 17 is an independent diagram of the gravity center position, yawing amount, and gripping force of the gripping claws when three gripping claws are provided. FIG. 18 is a diagram showing a block diagram modeled for controlling, and FIG. 18 is a diagram showing a block diagram for driving three gripping claws using the specific matrix parameters of FIG.
最初に、本実施形態の部品把持装置が適用された部品搭載装置の構成について説明する。なお、後述するが、部品把持装置１４９は、部品把持機構１５０と部品把持用コントローラ１８０とを備える（図２参照）。 First, the configuration of a component mounting device to which the component gripping device of this embodiment is applied will be described. As will be described later, the component gripping device 149 includes a component gripping mechanism 150 and a component gripping controller 180 (see FIG. 2).
図１に示すように、部品搭載装置１００は、部品１０２が供給される部品供給部１０６と、部品１０２を吸着ノズル１０８の先端に取付けられた部品把持機構１５０で把持して回路基板１０４上に搭載する搭載ヘッド１１０と、部品把持機構１５０で把持された部品１０２の認識を行う部品認識カメラ１２０と、を備える。更に、図１に示すように、部品搭載装置１００は、搭載ヘッド１１０をＸＹ軸方向に移動させるＸ軸移動機構１１２、Ｙ軸移動機構１１４と、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路１１８と、本体部１３０と、を備えている。このような構成により、部品搭載装置１００は、部品供給部１０６に供給される部品１０２を部品把持機構１５０で把持し、部品１０２を回路基板１０４上の所定の位置に搭載することができる。 As shown in FIG. 1, the component mounting apparatus 100 grips the component 102 on the circuit board 104 by gripping the component 102 with the component supply unit 106 to which the component 102 is supplied and the component gripping mechanism 150 attached to the tip of the suction nozzle 108. A mounting head 110 to be mounted and a component recognition camera 120 for recognizing the component 102 gripped by the component gripping mechanism 150 are provided. Further, as shown in FIG. 1, the component mounting apparatus 100 extends in the left-right direction slightly behind the X-axis moving mechanism 112 and Y-axis moving mechanism 114 that move the mounting head 110 in the XY-axis direction. A substrate transfer path 118 and a main body 130 are provided. With this configuration, the component mounting apparatus 100 can grip the component 102 supplied to the component supply unit 106 with the component gripping mechanism 150 and mount the component 102 at a predetermined position on the circuit board 104.
前記Ｘ軸移動機構１１２は、図１に示すように、部品把持機構１５０を取付けた吸着ノズル１０８を有する搭載ヘッド１１０をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１１４は、Ｘ軸移動機構１１２並びに搭載ヘッド１１０をＹ軸方向に移動させる。 As shown in FIG. 1, the X-axis moving mechanism 112 moves the mounting head 110 having the suction nozzle 108 to which the component gripping mechanism 150 is attached in the X-axis direction, and the Y-axis moving mechanism 114 is an X-axis moving mechanism. 112 and the mounting head 110 are moved in the Y-axis direction.
前記搭載ヘッド１１０は、吸着ノズル１０８を介して部品把持機構１５０を垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構（図示せず）を備える。そして、吸着ノズル１０８をそのノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構（図示せず）を備えている。又、搭載ヘッド１１０には、回路基板１０４上に形成された基板マーク（図示せず）を撮像する基板認識カメラ１２２が搭載されている。 The mounting head 110 includes a Z-axis moving mechanism (not shown) that moves the component gripping mechanism 150 in the vertical direction (Z-axis direction) through the suction nozzle 108 so as to be movable up and down. A suction axis moving mechanism (not shown) for rotating the suction nozzle 108 around its nozzle axis (suction axis) is provided. The mounting head 110 is mounted with a substrate recognition camera 122 that images a substrate mark (not shown) formed on the circuit substrate 104.
前記部品認識カメラ１２０は、搭載ヘッド１１０の可動範囲内の適宜個所、例えば部品供給部１０６の側部に配置され、部品把持機構１５０で把持された部品１０２を下方から撮像することができる。 The component recognition camera 120 is disposed at an appropriate location within the movable range of the mounting head 110, for example, at the side of the component supply unit 106, and can capture the component 102 gripped by the component gripping mechanism 150 from below.
部品搭載装置１００全体の制御系の構成を図２に示し、関連する構成要素について以下説明する。本体部１３０に設けられたコントローラ１３２は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭを有して、Ｘ軸モータ１１３、Ｙ軸モータ１１５、Ｚ軸モータ１１６、θ軸モータ１１７、表示装置１３４、記憶装置１３６、キーボード１３８、マウス１４０、画像認識装置１４２、そして部品把持用コントローラ１８０等に接続されて、部品搭載装置１００全体を制御する。 A configuration of a control system of the entire component mounting apparatus 100 is shown in FIG. 2, and related components will be described below. The controller 132 provided in the main body 130 includes a microcomputer (CPU), RAM, and ROM, and includes an X-axis motor 113, a Y-axis motor 115, a Z-axis motor 116, a θ-axis motor 117, a display device 134, It is connected to a storage device 136, a keyboard 138, a mouse 140, an image recognition device 142, a component gripping controller 180, and the like to control the entire component mounting device 100.
前記Ｘ軸モータ１１３は、Ｘ軸移動機構１１２の駆動源で、搭載ヘッド１１０をＸ軸方向に移動させる。又、前記Ｙ軸モータ１１５は、Ｙ軸移動機構１１４の駆動源で、Ｘ軸移動機構１１２をＹ軸方向に駆動する。 The X-axis motor 113 is a drive source for the X-axis moving mechanism 112 and moves the mounting head 110 in the X-axis direction. The Y-axis motor 115 is a drive source for the Y-axis moving mechanism 114 and drives the X-axis moving mechanism 112 in the Y-axis direction.
前記Ｚ軸モータ１１６は、搭載ヘッド１１０に設けられており、部品把持機構１５０をＺ軸方向（高さ方向）に昇降させるＺ軸駆動機構（図示せず）の駆動源である。又、前記θ軸モータ１１７は、吸着ノズル１０８のθ軸回転機構（図示せず）の駆動源である。 The Z-axis motor 116 is provided in the mounting head 110 and is a drive source of a Z-axis drive mechanism (not shown) that moves the component gripping mechanism 150 up and down in the Z-axis direction (height direction). The θ-axis motor 117 is a drive source for a θ-axis rotation mechanism (not shown) of the suction nozzle 108.
前記表示装置（モニタ）１３４は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１２０で撮像した部品１０２の画像などをその表示面に表示する。 The display device (monitor) 134 displays component data, calculation data, an image of the component 102 captured by the component recognition camera 120, and the like on its display surface.
前記記憶装置１３６は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード１３８とマウス１４０により入力された部品１０２の端子数、端子配置、大きさ、形などの情報（部品データ）や部品供給部１０６に供給される部品１０２の位置や向きなどの情報（部品供給データ）や回路基板１０４上の各部品の搭載される位置や角度などの部品レイアウト情報（基板データ）、及び不図示のホストコンピュータから伝送される部品データ、部品供給データ、基板データなどを格納するのに用いられる。また、基板認識カメラ１２２で撮像した基板マークによる回路基板１０４の基板補正データ等も格納される。 The storage device 136 is configured by a flash memory or the like, and is supplied to the component supply unit 106 and information (component data) such as the number of terminals 102, the terminal arrangement, the size, and the shape input by the keyboard 138 and the mouse 140. Information (component supply data) such as the position and orientation of the component 102 to be transmitted, component layout information (substrate data) such as the position and angle of each component mounted on the circuit board 104, and a host computer (not shown). Used to store component data, component supply data, board data, and the like. Further, the board correction data of the circuit board 104 by the board mark imaged by the board recognition camera 122 is also stored.
前記キーボード１３８と前記マウス１４０は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。 The keyboard 138 and the mouse 140 are used for inputting data such as component data.
前記画像認識装置１４２は、部品把持機構１５０に把持された部品１０２の画像認識を行うもので、メモリ１４４、ＣＰＵ１４６及びＡ／Ｄ変換器１４８から構成される。ここでは、把持された部品１０２を撮像した部品認識カメラ１２０から出力されるアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器１４８によりデジタル信号に変換してメモリ１４４に格納し、ＣＰＵ１４６がその画像データに基づいて把持された部品１０２の認識を行う。すなわち、画像認識装置１４２は、部品１０２中心と傾き（部品認識データ）を演算し、部品１０２の把持状態を認識する。又、画像認識装置１４２は、基板認識カメラ１２２と接続されて、基板認識カメラ１２２で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を認識し、回路基板１０４の基板補正データを演算することができる。画像認識装置１４２は、上述した部品認識データと基板補正データとをコントローラ１３２へ伝送することができる。 The image recognition device 142 performs image recognition of the component 102 gripped by the component gripping mechanism 150, and includes a memory 144, a CPU 146, and an A / D converter 148. Here, an analog image signal output from the component recognition camera 120 that captured the gripped component 102 is converted into a digital signal by the A / D converter 148 and stored in the memory 144, and the CPU 146 based on the image data. The component 102 thus gripped is recognized. That is, the image recognition device 142 calculates the center and inclination (component recognition data) of the component 102 and recognizes the gripping state of the component 102. The image recognition device 142 is connected to the board recognition camera 122, processes the board mark image captured by the board recognition camera 122, recognizes the board mark position, and calculates the board correction data of the circuit board 104. be able to. The image recognition device 142 can transmit the above-described component recognition data and board correction data to the controller 132.
本実施形態の部品把持装置１４９は、部品１０２を把持する把持手段である部品把持機構１５０と、把持手段を制御する制御手段である部品把持用コントローラ１８０とを有する。このため、部品把持装置１４９は、把持手段である部品把持機構１５０が制御されることで部品１０２を把持することができる。 The component gripping device 149 of this embodiment includes a component gripping mechanism 150 that is a gripping unit that grips the component 102 and a component gripping controller 180 that is a control unit that controls the gripping unit. Therefore, the component gripping device 149 can grip the component 102 by controlling the component gripping mechanism 150 that is a gripping unit.
図２、図３に示す如く、部品把持機構１５０は、部品１０２を把持するための３つの把持爪１７２、１７４、１７６と、把持爪１７２、１７４、１７６を駆動する互いに独立した駆動源であるサーボモータ１５４、１５６、１５８と、を備える。更に、図３に示す如く、部品把持機構１５０は、減速機構１６０、１６２、１６４と、サーボモータ１５４、１５６、１５８と減速機構１６０、１６２、１６４と把持爪１７２、１７４、１７６を支持して、部品把持機構１５０のケーシング１５２に固定されるガイド１６６、１６８、１７０と、を備える。このため、サーボモータ１５４と減速機構１６０とガイド１６６と把持爪１７２とで構成される移動機構は、サーボモータ１５６（１５８）と減速機構１６２（１６４）とガイド１６８（１７０）と把持爪１７４（１７６）とで構成される移動機構と同一である。なお、ガイド１７０は、ガイド１６６、１６８のＹ軸方向の丁度中間に設けられている。つまり、図３に示す如く、把持爪１７２、１７４は、Ｘ軸方向の同じ向きに向いてＹ軸方向に並んで配置され、把持爪１７６は把持爪１７２、１７４と対向するＸ軸方向の向きで把持爪１７２、１７４の中間の位置に配置されている（Ｌ／２＝Ｌ１）。このため、部品１０２を把持爪１７２、１７４、１７６の３点で押えて把持することができる。そして、図２に示す如く、部品把持用コントローラ１８０は、サーボモータ１５４、１５６、１５８を互いに独立して制御する。即ち、サーボモータ１５４、１５６、１５８の制御は直接コントローラ１３２ではなされないので、コントローラ１３２でＸ軸モータ１１３等への処理が継続中でも、コントローラ１３２の処理状況に関係なく、サーボモータ１５４、１５６、１５８は部品把持用コントローラ１８０で迅速な制御がなされる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the component gripping mechanism 150 is an independent drive source for driving the gripping claws 172, 174, 176 and the gripping claws 172, 174, 176 for gripping the component 102. Servo motors 154, 156, 158. Further, as shown in FIG. 3, the component gripping mechanism 150 supports speed reduction mechanisms 160, 162, 164, servo motors 154, 156, 158, speed reduction mechanisms 160, 162, 164, and gripping claws 172, 174, 176. , Guides 166, 168, 170 fixed to the casing 152 of the component gripping mechanism 150. For this reason, the moving mechanism composed of the servo motor 154, the speed reduction mechanism 160, the guide 166, and the gripping claws 172 has a servo motor 156 (158), a speed reduction mechanism 162 (164), a guide 168 (170), and a gripping claws 174 ( 176). The guide 170 is provided just in the middle of the guides 166 and 168 in the Y-axis direction. That is, as shown in FIG. 3, the gripping claws 172 and 174 are arranged side by side in the Y-axis direction in the same direction in the X-axis direction, and the gripping claws 176 are oriented in the X-axis direction facing the gripping claws 172 and 174. Are arranged at intermediate positions between the gripping claws 172 and 174 (L / 2 = L1). For this reason, the component 102 can be held and gripped by the three points of the gripping claws 172, 174, and 176. Then, as shown in FIG. 2, the component gripping controller 180 controls the servo motors 154, 156, and 158 independently of each other. In other words, since the servo motors 154, 156, and 158 are not directly controlled by the controller 132, the servo motors 154, 156, 158 is quickly controlled by the component gripping controller 180.
以下にサーボモータ１５４と減速機構１６０とガイド１６６と把持爪１７２について説明を行い、同一の構成要素については説明を省略する。 The servo motor 154, the speed reduction mechanism 160, the guide 166, and the gripping claws 172 will be described below, and the description of the same components will be omitted.
前記サーボモータ１５４は、図４に示す如く、把持爪１７２を駆動する駆動源であり、図示しないエンコーダが接続されている。このため、エンコーダ出力により、把持爪１７２の位置を制御することが可能である。 As shown in FIG. 4, the servo motor 154 is a drive source that drives the gripping claws 172, and is connected to an encoder (not shown). For this reason, the position of the gripping claw 172 can be controlled by the encoder output.
前記減速機構１６０は、図４に示す如く、サーボモータ１５４の出力軸に接続される。例えば、減速機構１６０は、大小のかさ歯車１６０Ａ、１６０Ｂを用いたかさ歯車機構により、サーボモータ１５４の出力を減速及び回転方向の変換（Ｘ軸方向から入力をＺ軸方向に出力）を行う。 The deceleration mechanism 160 is connected to the output shaft of the servo motor 154 as shown in FIG. For example, the speed reduction mechanism 160 reduces the output of the servo motor 154 and converts the rotation direction (output from the X-axis direction to the Z-axis direction) by a bevel gear mechanism using large and small bevel gears 160A and 160B.
前記ガイド１６６は、固定部１６６Ａとスライダ１６６Ｂとアーム１６６Ｃと円盤カム１６６Ｄとばね１６６Ｅとを有する。固定部１６６Ａは、部品把持機構１５０のケーシング１５２に固定され、サーボモータ１５４と減速機構１６０とを固定している。そして、固定部１６６Ａは、図示しないレールで、Ｘ軸方向に移動可能にスライダ１６６Ｂを支持している。スライダ１６６ＢのＸ軸方向の一端にはばね１６６Ｅが取付けられ、もう一端にはアーム１６６Ｃが取付けてある。そして、スライダ１６６Ｂには把持爪１７２が固定されている。円盤カム１６６Ｄには、減速機構１６０の出力軸１６０Ｃが接続されて、円盤カム１６６ＤはＺ軸周りで偏心回転する。このとき、円盤カム１６６Ｄの外周は、ばね１６６Ｅで押されたアーム１６６Ｃの先端と絶えず当接する。このため、円盤カム１６６Ｄが回転すると、円盤カム１６６Ｄの偏心量に応じて、スライダ１６６ＢがＸ軸方向に移動することとなる。即ち、ガイド１６６は、サーボモータ１５４の回転動作を直線動作に変換し、把持爪１７２を直線動作させることができる。固定部１６６Ａを省略したガイド１６６を示した図５を用いて、把持爪１７２の直線動作の様子を説明する。例えば、図５（Ａ）の状態から円盤カム１６６Ｄが図の矢印方向に１８０度回転すると、図５（Ｂ）の状態となり、円盤カム１６６Ｄの偏心量ΔＸだけ、アーム１６６Ｃとスライダ１６６Ｂが紙面上右側（Ｘ軸方向のプラス側）に直線移動する。即ち、円盤カム１６６Ｄを用いることで容易に、把持爪１７２を直線動作させることができる。 The guide 166 includes a fixed portion 166A, a slider 166B, an arm 166C, a disk cam 166D, and a spring 166E. The fixing portion 166A is fixed to the casing 152 of the component gripping mechanism 150, and fixes the servo motor 154 and the speed reduction mechanism 160. The fixed portion 166A is a rail (not shown) and supports the slider 166B so as to be movable in the X-axis direction. A spring 166E is attached to one end of the slider 166B in the X-axis direction, and an arm 166C is attached to the other end. A gripping claw 172 is fixed to the slider 166B. An output shaft 160C of the speed reduction mechanism 160 is connected to the disc cam 166D, and the disc cam 166D rotates eccentrically around the Z axis. At this time, the outer periphery of the disk cam 166D is constantly in contact with the tip of the arm 166C pressed by the spring 166E. For this reason, when the disk cam 166D rotates, the slider 166B moves in the X-axis direction according to the amount of eccentricity of the disk cam 166D. In other words, the guide 166 can convert the rotation operation of the servo motor 154 into a linear operation and cause the gripping claws 172 to perform a linear operation. The state of the linear movement of the gripping claws 172 will be described with reference to FIG. 5 showing the guide 166 without the fixing portion 166A. For example, when the disk cam 166D is rotated 180 degrees in the direction of the arrow in the state of FIG. 5A, the state of FIG. 5B is obtained, and the arm 166C and the slider 166B are on the paper surface by the amount of eccentricity ΔX of the disk cam 166D. Move straight to the right (plus side in the X-axis direction). That is, the gripping claw 172 can be easily moved linearly by using the disk cam 166D.
前記把持爪１７２は、図４に示す如く、スライダ１６６Ｂに固定され、紙面上の下側（Ｚ軸方向のマイナス側）に伸びている。その先端は、紙面上の右側（Ｘ軸方向のプラス側）に曲がり、部品１０２の側面と略平行となる形状である（図７参照）。 As shown in FIG. 4, the grip claw 172 is fixed to the slider 166B and extends downward on the paper surface (minus side in the Z-axis direction). The front end is bent to the right side (the plus side in the X-axis direction) on the paper surface and has a shape that is substantially parallel to the side surface of the component 102 (see FIG. 7).
次に、部品搭載装置１００に、本実施形態の部品把持装置１４９を適用した場合の部品把持の動作について、図６〜図８を用いて説明する。 Next, a component gripping operation when the component gripping device 149 of the present embodiment is applied to the component mounting apparatus 100 will be described with reference to FIGS.
最初に、搭載ヘッド１１０の吸着ノズル１０８に部品把持機構１５０を取付け、搭載ヘッド１１０を部品供給部１０６の上方へ移動する（図６参照）。その後、サーボモータ１５４、１５６、１５８を駆動して、把持爪１７２、１７４、１７６を開き、Ｚ軸モータ１１６を駆動させ、部品１０２を把持できる高さまで部品把持機構１５０を下降させる（図７参照）。 First, the component gripping mechanism 150 is attached to the suction nozzle 108 of the mounting head 110, and the mounting head 110 is moved above the component supply unit 106 (see FIG. 6). Thereafter, the servo motors 154, 156, and 158 are driven to open the grip claws 172, 174, and 176, the Z-axis motor 116 is driven, and the component gripping mechanism 150 is lowered to a height at which the component 102 can be gripped (see FIG. 7). ).
次に、サーボモータ１５４、１５６、１５８を駆動させ、把持爪１７２、１７４、１７６を動かして部品１０２に接触させて、部品１０２を把持する（図８参照）。そして、Ｚ軸モータ１１６を駆動して部品把持機構１５０及び部品１０２を移動高さまで上昇させ、部品認識カメラ１２０の上方へ移動して部品１０２の認識を行う。部品認識カメラ１２０の出力に基づき、画像認識装置１４２では、部品１０２の中心位置と把持角度を演算し、部品の把持状態を認識する。 Next, the servo motors 154, 156, and 158 are driven, the grip claws 172, 174, and 176 are moved to contact the component 102 to grip the component 102 (see FIG. 8). Then, the Z-axis motor 116 is driven to raise the component gripping mechanism 150 and the component 102 to the moving height, and move to above the component recognition camera 120 to recognize the component 102. Based on the output of the component recognition camera 120, the image recognition device 142 calculates the center position and grip angle of the component 102, and recognizes the grip state of the component.
ここで、部品認識により部品１０２の中心位置がずれていた場合について、図９を用いて説明する。部品１０２が搭載される際の中心位置が位置ＰＣであるのに対し、部品１０２を認識した結果、把持した部品１０２の中心位置が位置ＰＣから紙面上の下側（例えば、Ｘ軸方向のプラス側に０．５ｍｍ）にずれた位置ＰＯだった場合、把持爪１７２、１７４、１７６すべてを紙面上の上側（Ｘ軸方向のマイナス側）に中心位置のずれを補正する補正量分（ＰＣ−ＰＯ＝０．５ｍｍ）移動させる。このように、把持爪１７２、１７４、１７６を同じ変位量で移動させることで部品１０２を把持したまま平行移動させることができ、把持された部品１０２の中心位置ＰＯを部品１０２が搭載される際の位置ＰＣに容易に一致させることができる。 Here, a case where the center position of the component 102 is shifted due to component recognition will be described with reference to FIG. While the center position when the component 102 is mounted is the position PC, as a result of recognizing the component 102, the center position of the gripped component 102 is lower than the position PC on the paper (for example, plus in the X-axis direction). When the position PO is shifted by 0.5 mm to the side), the gripping claws 172, 174, and 176 are all corrected by the correction amount (PC− (PO = 0.5 mm). Thus, by moving the gripping claws 172, 174, and 176 with the same amount of displacement, the component 102 can be translated while being gripped, and the center position PO of the gripped component 102 is mounted when the component 102 is mounted. It is possible to easily match the position PC.
又、部品認識により部品１０２の角度がずれていた場合について、図１０、図１１を用いて説明する。部品１０２を認識した結果から把持した部品１０２の角度が時計回りにずれている場合（例えば、１°）、把持爪１７６の移動を固定し、把持爪１７２を紙面上の下側（Ｘ軸方向のプラス側）に、把持爪１７４を紙面上の上側（Ｘ軸方向のマイナス側）に移動させることで、部品１０２の角度ずれの補正量分（＝１°）を反時計方向に回転させる。この時、把持爪１７２、１７４のＹ軸方向の間隔Ｌが例えば、６ｍｍだった場合、図１１に示す如く、把持爪１７２と１７４の中心位置から各把持爪１７２、１７４までの距離（Ｌ／２）は３ｍｍ（＝６／２）であるから、把持爪１７２と把持爪１７４の移動量Ｂは、式（１）のように表すことができる。 A case where the angle of the component 102 is shifted due to the component recognition will be described with reference to FIGS. When the angle of the gripped part 102 is shifted clockwise from the result of recognizing the part 102 (for example, 1 °), the movement of the gripping claw 176 is fixed and the gripping claw 172 is moved downward (X-axis direction) By moving the gripping claws 174 to the upper side (minus side in the X-axis direction) on the paper surface, the correction amount (= 1 °) of the angular deviation of the component 102 is rotated counterclockwise. At this time, when the distance L in the Y-axis direction of the gripping claws 172 and 174 is 6 mm, for example, as shown in FIG. 11, the distance (L / L) from the center position of the gripping claws 172 and 174 to the gripping claws 172 and 174 Since 2) is 3 mm (= 6/2), the movement amount B of the gripping claws 172 and the gripping claws 174 can be expressed as in Expression (1).
Ｂ＝Ｌ／２×ｔａｎθ＝３×ｔａｎ（１°）＝０．０５２ｍｍ （１） B = L / 2 × tan θ = 3 × tan (1 °) = 0.052 mm (1)
即ち、把持爪１７２を紙面上の下側（Ｘ軸方向のプラス側）に０．０５２ｍｍの移動と、把持爪１７４を紙面上の上側（Ｘ軸方向のマイナス側）に０．０５２ｍｍの移動とで、部品把持機構１５０は部品１０２を把持したまま回転移動させることができ、部品１０２の角度補正を容易にすることができる。 That is, the grip claw 172 is moved 0.052 mm downward on the paper surface (plus side in the X axis direction), and the grip claw 174 is moved 0.052 mm upward on the paper surface (minus side in the X axis direction). Thus, the component gripping mechanism 150 can be rotated while holding the component 102, and the angle correction of the component 102 can be facilitated.
次に、上述した部品１０２のＸ軸方向での中心位置のずれと、角度ずれの場合には、部品認識後、すぐに搭載ヘッド１１０が理論上の搭載位置へ移動を開始し、当該移動中に部品把持用コントローラ１８０で部品１０２の把持状態の補正処理を行うことができる。このため、迅速に所定の位置に部品１０２が搭載されることとなる。 Next, in the case of the deviation of the center position of the component 102 in the X-axis direction and the angular displacement described above, the mounting head 110 starts to move to the theoretical mounting position immediately after the component recognition, and the movement is in progress. In addition, the component gripping controller 180 can correct the gripping state of the component 102. For this reason, the component 102 is quickly mounted at a predetermined position.
なお、ここで、部品１０２の把持力の調整についても、図１２を用いて説明する。もし、コントローラ１３２あるいは部品把持用コントローラ１８０で把持力が所定の力よりも大きいと判断した場合には、把持力を弱めるために、部品１０２を把持している把持爪１７２、１７４と把持爪１７６との間隔を離す方向に移動させる。すると、部品１０２にかかる把持力を減少させることができる。逆に、把持力を強める場合は、部品１０２を把持している把持爪１７２、１７４と把持爪１７６との間隔を狭める方向に移動させる。すると、部品１０２にかかる把持力を増加させることができる。 Here, the adjustment of the gripping force of the component 102 will also be described with reference to FIG. If the controller 132 or the component gripping controller 180 determines that the gripping force is greater than the predetermined force, the gripping claws 172 and 174 and the gripping claws 176 that grip the component 102 are used to weaken the gripping force. Move in the direction to leave the interval. Then, the gripping force applied to the component 102 can be reduced. Conversely, when the gripping force is increased, the gripping claws 172 and 174 gripping the component 102 are moved in the direction of narrowing the gap between the gripping claws 176. Then, the gripping force applied to the component 102 can be increased.
次に、部品把持機構（把持手段）１５０を制御する部品把持用コントローラ（制御手段）１８０による制御について説明する。部品把持用コントローラ１８０では、外乱オブザーバ２００と軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２とを備えて共振比制御によって、部品把持機構１５０の制御を行う。即ち、部品把持用コントローラ１８０から駆動源であるサーボモータ１５４、１５６、１５８への制御指令により、部品把持機構１５０が共振比制御される。 Next, control by the component gripping controller (control unit) 180 that controls the component gripping mechanism (grip unit) 150 will be described. The component gripping controller 180 includes a disturbance observer 200 and a shaft torsional reaction force estimation observer 202, and controls the component gripping mechanism 150 by resonance ratio control. That is, the component gripping mechanism 150 is controlled in resonance ratio by a control command from the component gripping controller 180 to the servo motors 154, 156, and 158 which are driving sources.
最初に、図１３に、部品把持機構１５０の把持爪１７２、１７４、１７６の１つを想定した共振比制御のブロック線図を示す。なお、外乱オブザーバ２００を図１４に、軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２を図１５に、それぞれ示す。 First, FIG. 13 shows a block diagram of resonance ratio control assuming one of the gripping claws 172, 174, and 176 of the component gripping mechanism 150. The disturbance observer 200 is shown in FIG. 14, and the axial torsional reaction force estimation observer 202 is shown in FIG.
ここで、図１３において、θｍ ｃｍｄはサーボモータへの制御指令、Ｋｐ、Ｋｒ、Ｋｖは任意に設定できるフィードバックゲインで、Ｋｐは位置ゲイン、Ｋｒは反力ゲイン、Ｋｖは速度ゲイン、ｄ２θｍ ｒｅｆ／ｄｔ２は加速度参照値、ｄθｍ／ｄｔは速度参照値、Jｍはサーボモータの慣性、ｎはノミナル値、（即ち、Ｊｍｎはサーボモータの慣性のノミナル値）、Ｋｔはトルク定数、（即ち、Ｋｔｎはトルク定数のノミナル値）、Ｉｒｅｆは電流参照値、τｄｉｓｍはサーボモータに作用する外乱トルク、ｓはラプラス演算子、θｍはサーボモータの回転角度（サーボモータの位置）、Ｋｆはサーボモータと負荷側との間のばね定数、τｒｅａｃは軸ねじれ反力、τｒｅａｃ ＊は推定軸ねじれ反力、τｄｉｓｌは負荷側に作用する外乱トルク、Ｊｌは負荷側の慣性、θｌは負荷側の回転角度（負荷の位置）、をそれぞれ表している。又、図１４において、Ｆｍはパラメータ変動によりサーボモータに印加される変動外乱トルク、Ｄｍは粘性摩擦トルク、Ｉｃｍｐは外乱トルクを補償してロバスト性を確保するための補償電流、Ｇｄｉｓは外乱オブザーバゲイン、τｄｉｓｍ ＊は推定外乱トルク、をそれぞれ表している。又、図１５において、Ｇｒｅａｃは、軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２に含まれる１次のローパスフィルタのカットオフ周波数である。なお、添え字ｍはサーボモータ、添え字ｌは負荷側、添え字ｄｉｓは外乱、添え字ｒｅａｃは軸ねじれ反力を示している。 In FIG. 13, θ m cmd is a control command to the servo motor, Kp, Kr, and Kv are feedback gains that can be arbitrarily set, Kp is a position gain, Kr is a reaction force gain, Kv is a speed gain, and d 2. θ m ref / dt 2 is an acceleration reference value, dθ m / dt is a speed reference value, Jm is the inertia of the servo motor, n is a nominal value (that is, Jmn is a nominal value of the inertia of the servo motor), and Kt is a torque constant. (That is, Ktn is the nominal value of the torque constant), I ref is the current reference value, τ dism is the disturbance torque acting on the servo motor, s is the Laplace operator, θ m is the rotation angle of the servo motor (position of the servo motor ), Kf is the spring constant between the servo motor and the load side, τreac is the axial torsional reaction force, τreac * is the estimated axial torsional reaction force, and τdisl is the external force acting on the load side. Turbulence torque, Jl represents load side inertia, and θl represents load side rotation angle (load position). In FIG. 14, F m is a fluctuation disturbance torque applied to the servomotor due to parameter fluctuation, D m is a viscous friction torque, I cmp is a compensation current for compensating the disturbance torque and ensuring robustness, and Gdis is The disturbance observer gain and τ dism * represent the estimated disturbance torque, respectively. In FIG. 15, Greac is a cutoff frequency of the first-order low-pass filter included in the axial torsional reaction force estimation observer 202. Note that the subscript m indicates the servo motor, the subscript l indicates the load side, the subscript dis indicates the disturbance, and the subscript reac indicates the axial twist reaction force.
図１３に示す如く、本実施形態に係る制御系は、外乱オブザーバ２００と軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２とを備えて共振比制御系を構成し、負荷側に作用する外乱τdisｌに係らず、それらによる推定値をフィードバックしている。このため、本実施形態に係る制御系は、２慣性共振系の振動抑制において有効である。即ち、本実施形態に係る制御系は、外乱オブザーバ２００と軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２とに基づくため、サーボモータ軸に加わる外乱等を補償することが可能である。詳しく言うならば、サーボモータに外乱オブザーバ２００と軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２とを適用しているので、サーボモータに作用する各種外乱の影響を除去することができるので、図１６に示すロバストな加速度制御系を構築することができる。図１６に示す如く、外乱オブザーバゲインＧｄｉｓを大きく設定すると、ｓ／（ｓ＋Ｇｄｉｓ＊）を極めて小さくできるので、外乱トルクτｄｉｓｍの影響を極めて少なくすることが可能なことによるものである。なお、Ｇｄｉｓ＊は外乱オブザーバゲインの換算値を示している。そして、本実施形態に係る制御系は、共振比制御であるので、状態フィードバック制御やＨ∞制御などと異なり、図１３に示す如く、比較的簡単な制御系のため、設計が容易であり、計算量も少なくて済むなど実用性が高い。 As shown in FIG. 13, the control system according to the present embodiment includes a disturbance observer 200 and a shaft torsional reaction force estimation observer 202 to constitute a resonance ratio control system, regardless of the disturbance τ disl acting on the load side, The estimated values are fed back. For this reason, the control system according to the present embodiment is effective in suppressing vibration of the two-inertia resonance system. That is, since the control system according to the present embodiment is based on the disturbance observer 200 and the shaft torsional reaction force estimation observer 202, it is possible to compensate for disturbances applied to the servo motor shaft. More specifically, since the disturbance observer 200 and the axial torsional reaction force estimation observer 202 are applied to the servo motor, the influence of various disturbances acting on the servo motor can be eliminated, so that the robustness shown in FIG. An acceleration control system can be constructed. As shown in FIG. 16, when the disturbance observer gain Gdis is set to a large value, s / (s + Gdis * ) can be made extremely small, so that the influence of the disturbance torque τ dism can be extremely reduced. Gdis * represents a converted value of the disturbance observer gain. And since the control system which concerns on this embodiment is resonance ratio control, unlike a state feedback control, Hinfinity control, etc., as shown in FIG. 13, since it is a comparatively simple control system, design is easy, Practicality is high, such as a small amount of calculation.
次に、３つの把持爪１７２、１７４、１７６を、３つの独立したモードで制御（重心位置の制御、ヨーイング量の制御、把持力の制御）する方法について説明する。 Next, a method of controlling the three gripping claws 172, 174, and 176 in three independent modes (control of the center of gravity position, control of the yawing amount, and control of the gripping force) will be described.
最初に、上述した共振比制御を、３つのサーボモータ１５４、１５６、１５８を有する部品把持機構１５０に適用するために、サーボモータ１５４、１５６、１５８と重心位置、ヨーイング量、把持力との関係を求める。 First, in order to apply the above-described resonance ratio control to the component gripping mechanism 150 having the three servomotors 154, 156, 158, the relationship between the servomotors 154, 156, 158 and the position of the center of gravity, the yawing amount, and the gripping force. Ask for.
把持爪１７２、１７４、１７６の位置をｘ１、ｘ２、ｘ３として、そのときの各把持爪１７２、１７４、１７６の力をｆ１、ｆ２、ｆ３とすると、把持爪１７２、１７４、１７６の重心位置ｇ、ヨーイング量θ、把持力ｆは以下の式（２）〜（４）のように求めることができる。 If the positions of the gripping claws 172, 174, and 176 are x1, x2, and x3, and the forces of the gripping claws 172, 174, and 176 are f1, f2, and f3, the center of gravity position g of the gripping claws 172, 174, and 176 The yawing amount θ and the gripping force f can be obtained as in the following formulas (2) to (4).
ｇ＝（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３）／３ （２）
θ＝（ｘ１―ｘ２）／Ｌ （３）
ｆ＝（２＊ｆ３）−ｆ１−ｆ２ （４）
g = (x1 + x2 + x3) / 3 (2)
θ = (x1-x2) / L (3)
f = (2 * f3) -f1-f2 (4)
このとき、把持爪１７６の力が把持爪１７２、１７４の力の合計と等しくなるように制御が行われることで、部品把持機構１５０がバランス良く正しく部品を把持することが可能となる。 At this time, control is performed so that the force of the gripping claws 176 is equal to the sum of the forces of the gripping claws 172 and 174, so that the component gripping mechanism 150 can grip a component correctly in a balanced manner.
ここで、式（２）〜(４)を行列Ｑにまとめると式（５）となる。なお、所定の比例係数で、ｆ１はｘ１、ｆ２はｘ２、ｆ３はｘ３、それぞれに比例するものとしている。 Here, when Expressions (2) to (4) are combined into a matrix Q, Expression (5) is obtained. It is assumed that f1 is proportional to x1, f2 is x2, and f3 is proportional to x3, which are predetermined proportional coefficients.
式（５）の逆行列Ｑ−１を求めると、式（６）で表される。 When the inverse matrix Q −1 of Expression (5) is obtained, it is expressed by Expression (6).
得られた行列Ｑと逆行列Ｑ−１を用いると、図１７のモデル化されたブロック線図が得られるので、重心位置の制御、ヨーイング量の制御、把持力の制御の各モードに対応した３つの制御指令（ｃｍｄ１〜ｃｍｄ３）により、フィードバックをかけて各移動機構（Ｓｙｓｔｅｍ１〜Ｓｙｓｔｅｍ３）で出力される負荷側の位置（ｒｅｓ１〜ｒｅｓ３）を独立して制御することができることとなる。なお、Ｋ１〜Ｋ３は、重心位置、ヨーイング量、把持力におけるゲインを示している。 When the obtained matrix Q and inverse matrix Q −1 are used, the modeled block diagram of FIG. 17 is obtained, so that it corresponds to each mode of gravity center position control, yaw amount control, and gripping force control mode. With the three control commands (cmd1 to cmd3), it is possible to independently control the load side positions (res1 to res3) output by the moving mechanisms (System1 to System3) with feedback. K1 to K3 indicate gains in the position of the center of gravity, the yawing amount, and the gripping force.
具体的な制御系のブロック線図を図１８に示す。ここで、□内の数字は、行列Ｑ及び逆行列Ｑ−１の具体的なパラメータ値によるゲインを示し、Ｋａは任意に設定できるトルクゲインを示している。なお、図１８中の添え字ｍ１、ｍ２、ｍ３は、それぞれ、サーボモータ１５４、１５６、１５８に対応している。 A block diagram of a specific control system is shown in FIG. Here, the numbers in the squares indicate gains based on specific parameter values of the matrix Q and the inverse matrix Q- 1 , and Ka indicates a torque gain that can be arbitrarily set. Note that the subscripts m1, m2, and m3 in FIG. 18 correspond to the servo motors 154, 156, and 158, respectively.
図１８において、θｍ１ ｃｍｄは重心位置の制御指令であり、把持爪１７６と、把持爪１７２、１７４との間の位置関係を保ったまま、全体を平行移動制御することができる。θｍ２ ｃｍｄはヨーイング量の制御指令であり、把持爪１７２、１７４によるヨーイング量を制御することで、部品１０２の把持する角度を任意に補正することが可能である。なお、ヨーイング量の制御指令を０とすれば、把持爪１７２、１７４を水平に固定することが可能である。τｍ３ ｃｍｄは把持力の制御指令である。この場合、θｍ３ ｃｍｄを０に固定して使用する。 In FIG. 18, θ m1 cmd is a control command for the position of the center of gravity, and the overall movement can be controlled while maintaining the positional relationship between the gripping claws 176 and the gripping claws 172 and 174. θ m2 cmd is a yawing amount control command. By controlling the yawing amount by the gripping claws 172 and 174, the angle at which the component 102 is gripped can be arbitrarily corrected. If the yaw amount control command is set to 0, the gripping claws 172 and 174 can be fixed horizontally. τ m3 cmd is a gripping force control command. In this case, θ m3 cmd is fixed to 0 and used.
このように、上述の共振比制御系を行列Ｑと逆行列とＱ−１をサーボモータ１５４、１５６、１５８に適用することにより、摩擦やパラメータ変動等の外乱に対してロバストであり、防振制御だけでなく、把持爪１７２、１７４、１７６の重心位置、ヨーイング量、把持力の３種類を独立に制御することが可能である。 Thus, by applying the above-described resonance ratio control system to the matrix motor Q, inverse matrix, and Q- 1 to the servo motors 154, 156, 158, it is robust against disturbances such as friction and parameter fluctuations, and is vibration-proof. In addition to the control, it is possible to independently control the three types of positions of the center of gravity of the gripping claws 172, 174, and 176, the yawing amount, and the gripping force.
又、本実施形態では、エアを供給する管路を用いた部品１０２の把持を行わないので、従来のような、反応遅れなどがなく、把持力や把持状態を適時・迅速に制御することができる。 Further, in this embodiment, since the part 102 is not gripped using the air supply line, there is no reaction delay as in the prior art, and the gripping force and gripping state can be controlled in a timely and prompt manner. it can.
即ち、本発明によれば、把持爪１７２、１７４、１７６の重心位置、ヨーイング量、把持力を独立に制御することができ、部品の把持状態（位置及び角度）と把持力の制御をすることができる。又、外乱オブザーバ２００と軸ねじれ反力推定オブザーバ２０２とを用いて共振比制御を行うので、２慣性共振負荷の振動抑制の制御が可能となり、把持爪１７２、１７４、１７６の摩擦やパラメータ変動等の外乱を排除したロバストな制御が可能である。 That is, according to the present invention, the gravity center position, yawing amount, and gripping force of the gripping claws 172, 174, and 176 can be independently controlled, and the gripping state (position and angle) of the component and the gripping force can be controlled. Can do. In addition, since the resonance ratio control is performed using the disturbance observer 200 and the axial torsional reaction force estimation observer 202, it is possible to control the vibration suppression of the two-inertia resonance load, the friction of the gripping claws 172, 174, 176, parameter fluctuations, etc. Robust control that eliminates external disturbances is possible.
又、部品搭載装置１００に適用した場合には、コントローラ１３２と部品把持用コントローラ１８０とは別であるので、サーボモータ１５４、１５６、１５８の制御タイミングはコントローラ１３２に直接的に左右されない。このため、部品１０２の把持状態の認識後に部品搭載位置とのずれ量を演算・補正して搭載位置へ移動する際に、補正量が求まる前に部品１０２の搭載位置への移動を開始して、その移動中に部品把持用コントローラ１８０が独立処理をして部品把持機構１５０で補正を行うことができ、移動に要する時間を短縮することが可能である。 Further, when applied to the component mounting apparatus 100, the controller 132 and the component gripping controller 180 are separate from each other, and therefore the control timing of the servo motors 154, 156, 158 is not directly influenced by the controller 132. For this reason, when moving to the mounting position after calculating and correcting the deviation amount from the component mounting position after recognizing the gripping state of the component 102, the movement of the component 102 to the mounting position is started before the correction amount is obtained. During the movement, the component gripping controller 180 can perform an independent process and the component gripping mechanism 150 can perform correction, thereby shortening the time required for the movement.
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。 Although the present invention has been described with reference to the first embodiment, the present invention is not limited to the first embodiment. That is, it goes without saying that improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、第２実施形態として、図１９に示す如く、把持爪１７６が圧力検出手段である圧力センサ１７８を、その先端に備えてもよい。この場合には、制御のためのブロック線図は図２０のようになる。即ち、圧力センサ１７８で測定した部品１０２にかかる把持力を、第１実施形態にはない制御線１７８Ａで把持力のトルク指令τｍ３ ｃｍｄに直接フィードバックすることができるので、把持力のより正確な制御ができ、且つ高速に制御が可能となる。なお、圧力センサ１７８は、把持爪１７６でなく他の把持爪１７２、１７４に備えられてもよいし、すべてに備えられてもよい。このとき、圧力センサ１７８の代わりに、圧力検出手段として歪ゲージを用いて、把持爪１７２、１７４、１７６のいずれか１つ以上に貼り付けてそのたわみ量から把持力を求めても良い。 For example, as a second embodiment, as shown in FIG. 19, a pressure sensor 178 whose gripping claw 176 is a pressure detection means may be provided at its tip. In this case, the block diagram for control is as shown in FIG. That is, since the gripping force applied to the component 102 measured by the pressure sensor 178 can be directly fed back to the gripping force torque command τ m3 cmd by the control line 178A that is not in the first embodiment, more accurate gripping force can be obtained. It can be controlled and can be controlled at high speed. Note that the pressure sensor 178 may be provided not only in the gripping claws 176 but also in other gripping claws 172 and 174, or may be provided in all of them. At this time, instead of the pressure sensor 178, a strain gauge may be used as a pressure detection unit, and the gripping force may be obtained from the amount of deflection by being attached to any one or more of the gripping claws 172, 174, and 176.
又、例えば、上記実施形態では、把持爪の数を３本としたが、本発明はこれに限定されず、４本以上の数としても良い。 Further, for example, in the above embodiment, the number of gripping claws is three, but the present invention is not limited to this and may be four or more.
又、例えば、上記実施形態では、把持爪１７２、１７４、１７６の駆動のために、円盤カムを使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えは、すべりボールねじなど直線動作に変換する機構であれば良い。 For example, in the above embodiment, the disk cam is used to drive the gripping claws 172, 174, and 176, but the present invention is not limited to this. For example, any mechanism that converts to linear motion, such as a sliding ball screw, may be used.
又、例えば、上記実施形態では、サーボモータ１５４、１５６、１５８のエンコーダを用いてセミクローズドループで共振比制御系を構成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、リニアエンコーダを用いたフルクローズドループで共振比制御系を構成することも可能である。又、サーボモータ１５４、１５６、１５８として、回転型モータを使用しているが、本発明は、リニアモータを使用してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the resonance ratio control system is configured by a semi-closed loop using the encoders of the servo motors 154, 156, and 158. However, the present invention is not limited to this. For example, the resonance ratio control system can be configured by a fully closed loop using a linear encoder. Moreover, although the rotary motor is used as the servo motors 154, 156, 158, a linear motor may be used in the present invention.
２、５２、１０２…部品
４、５４、１５０…部品把持機構
１００…部品搭載装置
１０４…回路基板
１０８…吸着ノズル
１１０…搭載ヘッド
１２０…部品認識カメラ
１３２…コントローラ
１３６…記憶装置
１４２…画像認識装置
１５２…ケーシング
１５４、１５６、１５８…サーボモータ
１６０、１６２、１６４…減速機構
１６６、１６８、１７０…ガイド
１６６Ａ、１６８Ａ、１７０Ａ…固定部
１６６Ｂ、１６８Ｂ、１７０Ｂ…スライダ
１６６Ｃ、１６８Ｃ、１７０Ｃ…アーム
１６６Ｄ、１６８Ｄ、１７０Ｄ…円盤カム
１６６Ｅ、１６８Ｅ、１７０Ｅ…ばね
１７２、１７４、１７６…把持爪
１７８…圧力センサ
１８０…部品把持用コントローラ
２００…外乱オブザーバ
２０２…軸ねじれ反力推定オブザーバ
2, 52, 102 ... parts 4, 54, 150 ... parts gripping mechanism 100 ... parts mounting device 104 ... circuit board 108 ... suction nozzle 110 ... mounting head 120 ... parts recognition camera 132 ... controller 136 ... storage device 142 ... image recognition device 152 ... Casing 154, 156, 158 ... Servo motor 160, 162, 164 ... Deceleration mechanism 166, 168, 170 ... Guide 166A, 168A, 170A ... Fixed part 166B, 168B, 170B ... Slider 166C, 168C, 170C ... Arm 166D, 168D, 170D ... disc cams 166E, 168E, 170E ... springs 172, 174, 176 ... gripping claws 178 ... pressure sensor 180 ... component gripping controller 200 ... disturbance observer 202 ... shaft torsion reaction force estimation observer
Claims (3)
前記把持手段が、前記部品を把持するための３つ以上の把持爪と、該把持爪を駆動する互いに独立した駆動源とを備え、且つ、
前記制御手段が、前記把持手段を制御するための外乱オブザーバと、軸ねじれ反力推定オブザーバとを備え、
前記制御手段から前記駆動源への制御指令により前記把持手段が共振比制御されることを特徴とする部品把持装置。 In a component gripping apparatus having a gripping means for gripping a component and a control means for controlling the gripping means,
The gripping means includes three or more gripping claws for gripping the component; and independent drive sources for driving the gripping claws; and
The control means comprises a disturbance observer for controlling the gripping means, and a shaft torsional reaction force estimation observer,
A component gripping apparatus, wherein the gripping means is resonance-ratio controlled by a control command from the control means to the drive source.
前記把持手段が、前記部品を把持するための３つ以上の把持爪と、該把持爪を駆動する互いに独立した駆動源とを備え、
該駆動源に制御指令を伝えて、把持手段を外乱オブザーバと軸ねじれ反力推定オブザーバとを用いて共振比制御することを特徴とする部品把持方法。 In the component gripping method for gripping a component by controlling the gripping means,
The gripping means includes three or more gripping claws for gripping the component, and independent drive sources for driving the gripping claws;
A component gripping method, wherein a control command is transmitted to the drive source, and the gripping means performs resonance ratio control using a disturbance observer and a shaft torsional reaction force estimation observer.
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