JP2010099784A - ピン嵌合方法及びピン引き抜き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】嵌合詰まりが発生しないように、且つ迅速にピン嵌合作業を行う。
【解決手段】第１ロボット１２は、６軸方向の力を検出可能な力センサ３８を先端手首部に備えた、産業用６軸関節型であり、該ロボット１２によりピストンピン２６を保持して、ピン孔２４に嵌合させる。ピストンピン２６とピン孔２４との軸を略合わせて、ピストンピン２６をピン孔２４に向けて軸Ｃ１方向に進行させる。軸Ｃ１方向の押圧力Ｆｚの大きさが閾値Ｔ１を超えたときにピストンピン２６の進行を停止させる。ピストンピン２６に作用する径方向の力Ｆｒを調べ、その同方向にピストンピン２６を平行移動させる。ピストンピン２６に作用する径方向の力Ｆｒが小さいときには、先端２６ａとピン孔２４との接触点である点Ｐ１を中心として、ピストンピン２６を傾動させ、さらに軸Ｃ１方向に進行させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを先端手首部に備えるロボットによりピンを保持して、該ピンを孔に嵌合又は引き抜きをさせるピン嵌合方法及びピン引き抜き方法に関する。

工業製品の組立工程においては、孔に対してピンを挿入・嵌合させる作業が多く、例えばエンジンの組立工程では、ピストンとコネクティングロッドとの軸支部分の孔にピストンピンを嵌合させる作業がある。このようなピン嵌合作業は、所定の自動機によって正確且つ迅速に行うことができる。

しかしながら、他品種のエンジンの組立を行う場合には、ピストンピンや対応する孔の径、長さ等が異なるため単一の自動機では対応できず、汎用のロボットを用いてピン嵌合作業を行うことができると好適である。

ロボットを用いたピン嵌合作業としては、例えば引用文献１に示すように、手首部に６軸力センサを設けて、ピンに加わる反力を検知し、該反力が閾値を超えたときにピンの孔に対するアプローチがなされたと判断して、その後所定の速度、力でピンを孔に嵌合させることが提案されている。

特開平１１−１２３６８３号公報

近時のエンジンは高性能化及び高精度化され、ピストンピンとその孔との公差は非常に小さくなっており、専用機を用いればピン嵌合作業が可能であるが汎用のロボットでは作業が困難になってきている。すなわち、ロボットを用いてピンと孔との軸を合わせて、ピンを孔に向けて軸方向に進行させても、僅かな軸ずれに起因してピンが孔内壁に斜めに当たり、いわゆる嵌合詰まりが発生する。

ここでいう嵌合詰まりとは、挿入孔に対して嵌合ピンがくさび効果により強固に係合し、嵌合ピンが固定されてしまうような状態をいう。

前記の特許文献１によれば、６軸力センサを用いることにより、ピンの孔に対するアプローチの判断をすることはできるが、嵌合詰まりが発生したときには一度ピンを引き抜いて再試行をするので迅速な嵌合処理がなされない。

また、例えばインピーダンス制御方式を用いてピンの位置を補正することにより嵌合詰まりを解消することも期待できるが、インピーダンス制御方式を適用するには、仮想ダンパ係数や仮想ばね定数等を個別事例に合わせて適切に調整する必要があって、その調整が複雑である。

さらに、所定の孔からピンを引き抜くような場合にも同様の状況となることが懸念される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ロボットによってピンを把持して、種々の孔に対するピン嵌合及び引き抜きを汎用的に、且つ迅速に行うことができるピン嵌合方法及びピン引き抜き方法を提供することを目的とする。

本発明に係るピン嵌合方法は、３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔に嵌合させるピン嵌合方法であって、前記ピンと前記孔との軸を略合わせる位置合わせ工程と、前記位置合わせ工程と同時又はその後、前記孔に向けて前記ピンを軸方向に進行させる進行工程と、前記進行工程と同時、又は所定条件下に前記ピンの進行が停止しているときに、前記ピンに作用する径方向の力を調べ、該径方向の力が減少する方向に前記ピンを平行移動させる平行移動工程とを有することを特徴とする。

このように、ピンを孔に嵌合させる際、径方向の力が軽減するように平行移動させることにより、嵌合詰まりが発生しないようにし、且つ引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。また、ロボットによってピンを把持して動作させることにより、種々の孔に対するピン嵌合を汎用的に適用することができる。

また、本発明に係るピン嵌合方法は、３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔に嵌合させるピン嵌合方法であって、前記ピンと前記孔との軸を略合わせる位置合わせ工程と、前記位置合わせ工程と同時、又はその後前記孔に向けて前記ピンを軸方向に進行させる進行工程と、前記進行工程の後、所定条件下に前記ピンの進行が停止しているときに、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力に基づいて、前記ピンの先端面と前記孔との接触点の位置を求める接触点位置取得工程と、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、前記接触点を中心として前記ピンを傾動させるピン傾動工程とを有することを特徴とする。

このように、ピンを孔に嵌合させる際、ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、接触点を中心としてピンを傾動させることにより、嵌合詰まりが発生しないようにし、且つ引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。

さらに、前記平行移動工程と、前記接触点位置取得工程と、前記ピン傾動工程とを組み合わせ、前記ピン傾動工程の後、前記進行工程に戻るループ処理を行い、所定の嵌合条件が満たされるまで前記ループ処理を行ってもよい。

前記力センサは、前記手首部により保持する前記ピンの軸上に設けられていてもよい。

前記ピンは円柱又は円筒部材であると、孔壁に対して一点で接触することが挙動が安定するとともに、接触点を簡便に求めることができる。

さらにまた、本発明に係るピン引き抜き方法は、３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔から引き抜くピン引き抜き方法であって、所定条件下に前記ピンの後退が停止しているときに、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力に基づいて、前記ピンの先端面と前記孔との接触点の位置を求める接触点位置取得工程と、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、前記接触点を中心として前記ピンを傾動させるピン傾動工程と、前記ピンの軸方向に前記孔の開口部に向けて該ピンを後退させて前記孔から引き抜く引き抜き工程とを有することを特徴とする。

本発明に係るピン嵌合方法によれば、ピンを孔に嵌合させる際、径方向の力が軽減するように平行移動させることにより、嵌合詰まりが発生しないようにし、且つ引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。

本発明に係るピン嵌合方法及びピン引き抜き方法によれば、ピンを孔に嵌合又は引き抜きさせる際、ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、接触点を中心としてピンを傾動させることにより、嵌合詰まりが発生しないようにすることができる。また、ピン嵌合時には引き抜き作業が不要で、ピン引き抜き時には迅速にピン嵌合・引き抜き作業を行うことができる。

さらに、ロボットによってピンを把持して動作させることにより、種々の孔に対するピン嵌合・引き抜きを汎用的に適用することができる。

以下、本発明に係るピン嵌合方法及びピン引き抜き方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１１を参照しながら説明する。本実施の形態に係るピン嵌合方法及びピン引き抜き方法は、図１に示すロボットシステム１０において適用される。

図１に示すように、ロボットシステム１０は、第１ロボット１２と、第２ロボット１４と、コントローラ１６と、治具１８とを有し、エンジンのピストン２０とコネクティングロッド２２の組立体によって連通して形成されるピン孔２４に対してピストンピン２６を自動的に嵌合させるシステムである。ピストンピン２６とピン孔２４との公差は小さく、がたはほとんどない。ピストンピン２６は適度な厚みを有する円筒形状である。第１ロボット１２と第２ロボット１４は協調動作が可能である。

図２に示すように、ピストン２０には同軸上で一対の孔２７ａ及び２７ｂが設けられ、ピストン２０の凹部に挿入されたコネクティングロッド２２におけるスモールエンドの孔２８が、孔２７ａと孔２７ｂとの間に配置され、これらの孔２７ａ、２７ｂ及び孔２８が連通して見かけ上で１つのピン孔２４（図１参照）を形成する。ピストンピン２６の半径はｒであり、長さはＷである。ピン孔２４に嵌合されたピストンピン２６は図示しないサークリップにより抜け止め固定される。

図１に戻り、第１ロボット１２（以下、単にロボット１２ともいう。）は、汎用の産業用６軸関節型であり、主な部材として基端側から先端側に向かって、第１アーム３０、第２アーム３２、手首アーム３４及び先端のチャック３６を有し、手首アーム３４とチャック３６との間には力センサ３８が設けられている。ロボット１２は、さらに、第１アーム３０を旋回させる軸Ｊ１と、第１アーム３０を俯仰させる軸Ｊ２と、第２アーム３２を俯仰させる軸Ｊ３と、第２アーム３２をロール回転させる軸Ｊ４と、手首アーム３４を旋回させる軸Ｊ５と、手首アーム３４をロール回転させる軸Ｊ６とを有し、それぞれ図示しないモータによって回転することができる。このような独立の６軸構成により、先端のチャック３６は把持したピストンピン２６を、動作範囲内において任意の位置で任意の姿勢に設定することができる。

第２ロボット１４は、第１ロボット１２と同構成であり、第１ロボット１２の近傍に設けられ、孔２７ａ、２７ｂ及び孔２８によって１つのピン孔２４を形成するように、先端のチャック３６に把持したコネクティングロッド２２のスモールエンドをピストン２０の凹部に適正な姿勢で配置している。治具１８は、ピストン２０を適正に固定している。

図３に示すように、ロボット１２のチャック３６、ピストンピン２６及び力センサ３８は、制御上の直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ軸）が規定されており、チャック３６における径方向の所定の向きがＸ軸、径方向でＸ軸に直交するＹ軸及び、チャック３６の軸先端向きがＺ軸のプラスとなっている。

力センサ３８は、複数の歪みゲージを有する回路により、ピストンピン２６に加わる力を検出してコントローラ１６に供給する。力センサ３８が検出する力は、ピストンピン２６の先端位置軸中心に力制御上の力検出のために規定された直交座標（ｘ−ｙ−ｚ軸）に基づいて検出される。すなわち、チャック３６における径方向の前記Ｘ方向がｘ軸、径方向でｘ軸に直交する前記Ｙ軸方向がｙ軸及び、チャック３６の軸方向基端向きｚ軸のプラスとなっている。

直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ軸）は主にロボット１２の姿勢制御に用いられ、直交座標（ｘ−ｙ−ｚ軸）は主にピストンピン２６に加わる力の検出用に用いられる。なお、直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ軸）はいわゆる工具座標系における制御に用いられ、いわゆるワールド座標系における座標軸は別に設定されていてもよいことはもちろんである。

力センサ３８が検出する力は、ｘ、ｙ、ｚ軸の並進方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、ｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転方向の力（つまりモーメント）Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの合計６種である。これらの力は力センサ３８によって直接的に検出してもよいし、コントローラ１６で適当な補正をして求めてもよい。ピストンピン２６と力センサ３８は、同軸状に配置されていると、これらの力を求めるための補正処理がほとんど不要で簡便である。

なお、ピストンピン２６をチャック３６にて把持する際は、ピストンピン２６を立てて置かれる図示しないパレットにおいて、ピストンピン２６の先端が接しているパレットの底面から離れて距離Ｌの位置に、ロボットの制御上の基点である手首中心Ｏ（図３参照）が一致するようにロボット１２の姿勢を制御する。そして、パレットからピストンピン２６を、チャック３６にてチャッキングして把持する。そうすると、ロボットの制御上の基点である手首中心Ｏ（力センサ３８の所定位置）から、ピストンピン２６の先端までの距離が常にＬとなる。

回転方向の力Ｍｘ、Ｍｙ及びこれらを合成したＭｒ（図１０参照）は、ピストンピン２６を曲げる方向に加わる力であり、力Ｍｚは、ピストンピン２６を捻る方向の力として分類できる。

図４に示すように、コントローラ１６は、力センサ３８の信号が供給され、ピストンピン２６に加わる力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚを求めるセンサ入力部４０と、ロボット１２を駆動制御する第１ロボット制御部４２と、第２ロボット１４を駆動制御する第２ロボット制御部４４とを有する。コントローラ１６は、さらに、ピン嵌合作業の工程を管理するシーケンス制御部４６と、ピストンピン２６に加わる力を監視して工程判断をする力判定部４８と、ピストンピン２６の位置を演算するピン位置演算部５０とを有する。コントローラ１６には、ピン孔２４の位置、向き、半径ｒ及び深さ等の情報が記録されている。コントローラ１６におけるこれらの各機能部は、バス等の通信手段によって相互に接続されている。これらの各機能部は、一部又は全部がソフトウェア処理によって実現される。

次に、このように構成されるロボットシステム１０を用いて、ピン孔２４にピストンピン２６を嵌合させるピン嵌合作業とその制御手順について説明する。図５において、理解を容易にするために、概念的には、ピン嵌合作業の初期はステップＳ２、Ｓ３及びＳ５が繰り返される初期挿入処理に分類され、中期はステップＳ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８が実行される平行移動処理に分類され、後期はステップＳ９及びＳ１０が実行される姿勢矯正処理に分類される。

先ず、図５のステップＳ１（位置合わせ工程）において、所定の準備処理を行い、図１に示すようにコネクティングロッド２２を第２ロボット１４で把持して所定位置に保持させてピン孔２４を形成するとともに、ロボット１２でピストンピン２６を把持し、ピストンピン２６とピン孔２４との軸を合わせる。

このとき、図６に示すように、ロボット１２は相当に高精度であってピストンピン２６をピン孔２４の開口２４ａに挿入させることはできるが、ロボット１２の僅かな動作誤差及び治具１８によるピストン２０の保持姿勢の誤差等により、ピストンピン２６の軸Ｃ１と、ピン孔２４の軸Ｃ２は僅かに不可避的なずれが生じ得る。つまり、ロボットシステム１０によれば、ピストンピン２６の軸Ｃ１とピン孔２４の軸Ｃ２を完全に合わせることは困難であって、この時点では、２つの軸Ｃ１及びＣ２は略合っている状態といえる。図６及び後述する他の図では、軸Ｃ１と軸Ｃ２とのずれを模式的に強調して示している。

ステップＳ２（進行工程）において、ロボット１２の動作作用下に、ピストンピン２６をピン孔２４に向けて軸Ｃ１方向に進行させる。このステップＳ２においては、ピストンピン２６を単純に軸Ｃ１方向へ進行させるだけであり、インピーダンス制御のような複雑でかつリアルタイムの処理は不要である。ステップＳ２の進行工程は、ステップＳ１の位置合わせ工程と同時に行ってもよい。

ステップＳ３において、ピストンピン２６のピン孔２４に対する挿入量を求め、該挿入量が規定値に達した場合（嵌合条件が満たされた場合）には、ステップＳ４の後処理をして図５に示すピン嵌合作業の手順を終了する。この嵌合条件が満たされるまでは後述するループ処理を行う。

ステップＳ４の後処理は、所定のピストンピン２６の抜け止め処理、ピストンピン２６及びコネクティングロッド２２の開放処理、及びピストンピン２６が嵌合された組立体の搬出処理等である。ピストンピン２６の挿入量が規定値に対して未達である場合にはステップＳ５に移る。

ステップＳ５において、ピストンピン２６の軸Ｃ１方向（つまり、ｚ方向）の押圧力Ｆｚ及び径方向の力ＦｘとＦｙを監視する。押圧力Ｆｚは当初はゼロであるが、ピストンピン２６を進行させていくと、やがてピストンピン２６の先端２６ａがピン孔２４の内壁２４ｂに当接し、押圧力Ｆｚの大きさが大きくなる。

なお、このときピストンピン２６は、内壁２４ｂに対して１つの点Ｐ１で接触しており、該ピストンピン２６に作用する力は、点Ｐ１から受ける反力Ｒであって、該反力Ｒは軸Ｃ１方向の押圧力Ｆｚと、径方向の力Ｆｒに分解することができる。

図７に示すように、径方向の力Ｆｒは、ｘ軸方向の力Ｆｘとｙ軸方向の力Ｆｙに分解することができる。換言すれば、力センサ３８から得られる力Ｆｘと力Ｆｙによって径方向の力Ｆｒの大きさとその方向θ１が求められる。

押圧力Ｆｚを閾値Ｔ１と比較し、｜Ｆｚ｜≧Ｔ１であるときにはステップＳ６へ移り、｜Ｆｚ｜＜Ｔ１であるときにはステップＳ２へ戻ってピストンピン２６の進行を継続する。

ステップＳ６（一時停止工程）において、ピストンピン２６の軸Ｃ１方向への動作を停止させる。このとき、閾値Ｔ１は適度に大きい値であって、ピストンピン２６の先端２６ａが内壁２４ｂに当接した場合にも即時に停止させるのではなく、内壁２４ｂに倣うように支障のない範囲で適度に進行を継続させ、効率化を図っている。

つまり、図６に示すように、ピストンピン２６が内壁２４ｂに対して点Ｐ１で接触したときには、それ以上ピストンピン２６を定常速度で進行させると嵌合詰まりが発生して動かなくなるとともに、内壁２４ｂを損傷する懸念があることから、ステップＳ６においてその対応処理として、減速及び停止をする。

すなわち、孔の内壁２４ｂにピストンピン２６が接触したら、反力Ｒのピン軸方向Ｃ１の押圧力Ｆｚにより挿入速度は自然と減速する。ピストンピン２６の進行方向Ｃ１が孔の内壁２４ｂに対して角度を有してピストンピン２６の接触点Ｐ１で内壁２４ｂに接触するから、ピストンピン２６の接点が内壁２４ｂに対して摺接し、ピストンピン２６が内壁２４ｂに倣って挿入動作が行われる。

押圧力Ｆｚが閾値Ｔ１を超えたときには、ピストンピン２６が停止したとみなせるまで、ピストンピン２６を減速（停止させる向き（＋ｚ方向）の加速度を作用）させる。ピストンピン２６が減速すれば反力Ｒが小さくなり、内壁２４ｂやピストンピン２６を損傷するおそれが減少する。また、内壁２４ｂの面粗さは一様でなく、面粗さが粗い箇所で嵌合詰まりが発生する前に、例えばピストンピン２６を減速させれば、嵌合詰まりを防止することができる。

ステップＳ７において、径方向の力Ｆｒを閾値Ｔ２と比較し、Ｆｒ≦Ｔ２であるときにはステップＳ９へ移り、Ｆｒ＞Ｔ２であるときにはステップＳ８へ移る。閾値Ｆｒは適度に小さい値であって、Ｆｒ＞Ｔ２であるときには、ピストンピン２６は一箇所の点Ｐ１で接触していて、該点Ｐ１から径方向の力Ｆｒを受けていると判断できる。

ステップＳ８（平行移動工程）において、径方向の力Ｆｒが減少する方向にピストンピン２６を平行移動させる。例えば、図８に示すように、径方向の力Ｆｒの方向（θ１）と同方向にピストンピン２６を平行移動させる。この平行移動の移動量は径方向の力Ｆｒに応じて設定するとよい。ステップＳ８の平行移動は、ピストンピン２６の軸Ｃ１方向への移動を完全に停止させた状態で行ってもよいし、適度に減速させた状態で合成して行ってもよい。このような平行移動によれば、ピストンピン２６は点Ｐ１から離間する方向に移動することから、該径方向の力Ｆｒが減少し、嵌合詰まりが発生しかけた場合には引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。

なお、仮に嵌合詰まりが発生した場合には嵌合作業を中止し、前記の特許文献１の実施例と同様に引き抜き作業を行うことができ、必要に応じて所定の警報を発生させるとよい。

この後、ステップＳ７へ戻る。このような処理によれば、ピストンピン２６が内壁２４ｂに当接をしても、反力としての径方向の力Ｆｒの方向へ退避しながら前進を継続させることができ、ピストンピン２６の嵌合が進行し、相当深くまで挿入することができる。

このように、ピストンピン２６をピン孔２４に嵌合させる際、径方向の力Ｆｒが軽減するように平行移動（ステップＳ８）させることにより、嵌合詰まりが発生しないようにし、且つ引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。

次に、図９に示すように、ピストンピン２６の挿入量が相当に深くなると、該ピストンピン２６は、先端２６ａが内壁２４ｂに点Ｐ１で当接するとともに、ピストンピン２６の側面２６ｂがピン孔２４の開口２４ａに対して点Ｐ２で当接することがある。これにより、ピストンピン２６は点Ｐ１及び点Ｐ２からそれぞれ反力Ｆｒ’を受けることになって、２つの反力Ｆｒ’は大きさが同じで逆向きとなり、互いに相殺される。したがって、力センサ３８で検出する径方向の力Ｆｘ及びＦｙは十分に小さくなり、合成された径方向の力Ｆｒは前記の閾値Ｔ２を下回り、前記ステップＳ７の分岐処理ではステップＳ９へ移ることになる。

なお、このとき軸Ｃ２方向について点Ｐ１と点Ｐ２との深さ差をＡとすると、ピストンピン２６に対してＦｒ’×Ａの大きさで、該ピストンピン２６を曲げる方向にモーメントＭｒが発生することになる。このモーメントＭｒは、図１０に示すようにＭｘ及びＭｙの合成力として検出可能である。

なお、モーメントは、一般的に右ねじの法則に準じた記載とされ、図１０でも同様に表している。すなわち、右手で人差し指や中指の向きをモーメントの回転する向きに合わせたとき、親指の向き（すなわち、モーメントの回転向きに対して親指の向き直角向き）が直交座標上で示されるモーメントの向きとなる。したがって、図１０では、Ｃ１を基準としてＰ１とＭｒの向きは９０°異なっている。

ステップＳ９（接触点位置取得工程）において、回転方向の力Ｍｘ及びＭｙに基づいて、ピストンピン２６の先端２６ａとピン孔２４の内壁２４ｂとの接触点としての点Ｐ１の位置座標を次の（１）式、（２）式及び（３）式により求める。（１）式〜（３）式は、式自体が極めて簡便であり、しかも動作に合わせたリアルタイムの計算は不要である。ｒはピストンピン２６の半径、Ｌはロボット制御上の基点である手首中心Ｏから先端２６ａまでの距離である。
θｍ＝ｔａｎ^-1（Ｍｙ／Ｍｘ） …（１）
θｔ＝θｍ＋９０° …（２）
Ｐ１＝（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）＝（ｒ・ｃｏｓθｔ、ｒ・ｓｉｎθｔ、Ｌ）…（３）

ステップＳ１０（ピン傾動工程）において、図９の矢印Ｂで示すように、求められた点Ｐ１を中心として、回転方向の力Ｍｒの方向θｍと同方向にピストンピン２６を傾動、すなわち姿勢矯正動作をさせる。この傾動の移動量は力Ｍｒに応じて設定するとよい。ステップＳ１０の傾動は、ピストンピン２６の軸Ｃ１方向への移動を完全に停止させた状態で行う。すなわち、進行している動的な状態で行うと、接触点Ｐ１及びＰ２は内壁２４ｂに摺接することから、該内壁２４ｂの粗さと垂直抗力とに比例した摺動抵抗力がピストンピン２６に作用する。接触点Ｐ１、Ｐ２からの垂直抗力（つまり反力Ｆｒ）によるモーメント以外の動的な力が作用していると、接触点Ｐ１を求めることが困難である。また、完全に停止させることで嵌合詰まりを防止することができる。

このような傾動によれば、ピストンピン２６の軸Ｃ１はピン孔２４の軸Ｃ２に接近するとともに、仮想線で示すように、ピストンピン２６の側面は点Ｐ２から離間する方向に移動する。つまり、ピストンピン２６は、接触点Ｐ１を中心として、回転方向の力Ｍｒが低減する方向に傾動する。これにより、力を監視して姿勢矯正動作をすることから、より迅速にピン嵌合作業を行うことができる。また、嵌合詰まりを防止することができる。

なお、このステップＳ１０において、図１１に示すように、点Ｐ１ではなくて、例えば先端２６ａにおける中心点Ｐ３を中心にして傾動させると、ステップＳ９の演算は不要になるが、点Ｐ１の部分が内壁２４ｂに食い込むように作用し（仮想線の端部の点Ｐｃ参照）、該内壁２４ｂを損傷する懸念があるとともに、嵌合詰まりの解消には非効果的である。

ステップＳ１１において、押圧力Ｆｚを閾値Ｔ３と比較し、｜Ｆｚ｜≦Ｔ３であるときにはステップＳ２へ戻ってピストンピン２６の進行を開始し、｜Ｆｚ｜＞Ｔ３であるときにはステップＳ１０へ戻って姿勢矯正動作を継続する。つまり、押圧力Ｆｚが適度な閾値Ｔ３以下になるまで姿勢矯正動作を継続させるとよい。

上述したように、本実施の形態に係るピン嵌合方法によれば、ピストンピン２６をピン孔２４に嵌合させる際、軸Ｃ１方向の押圧力Ｆｚの大きさが閾値Ｔ１を超えたときに、ピストンピン２６に作用する径方向の力Ｆｒと同方向に該ピストンピン２６を平行移動させ、さらに軸Ｃ１方向に進行させることにより、嵌合詰まりが発生した場合にも引き抜き作業が不要で迅速にピン嵌合作業を行うことができる。また、ロボット１２によってピストンピン２６を把持して動作させることにより、種々のピストン２０のピン孔２４に対するピン嵌合作業を汎用的に適用することができる。また、種々のピン孔２４に適用させる場合にも、基本的なアルゴリズムやシーケンスは同じであって、個別事例に合わせて仮想係数等を調整する必要はなく、基本的には、ピストンピン２６の半径ｒ及び前記の距離Ｌを設定すれば足りる。

さらに、本実施の形態に係るピン嵌合方法によれば、ピストンピン２６をピン孔２４に嵌合させる際、軸Ｃ１方向の押圧力Ｆｚの大きさが閾値Ｔ１を超えたときで、ピストンピン２６に作用する径方向の力Ｆｒが閾値Ｔ２以下であるときには、ピストンピン２６の先端２６ａとピン孔２４との接触点である点Ｐ１の位置を求め、該点Ｐ１を中心としてピストンピン２６を傾動させることにより、力を監視して姿勢矯正動作をすることから、より迅速にピン嵌合作業を行うことができる。また、嵌合詰まりを防止することができる。

本実施の形態に係るピン嵌合方法による動作は、基本的には、それぞれ簡便な軸Ｃ１方向の進行、径方向の平行移動、及び点Ｐ１を中心とした傾動で構成されることから、コントローラ１６における計算負荷が小さい。

本実施の形態に係るピン嵌合方法は、本発明者が実験を行った結果、ピン孔２４に対するピストンピン２６の嵌合で、間隙１０μｍ以下、挿入量５０ｍｍの条件下、１サイクルで１０ｓｅｃ以下の好適な結果が得られている。

また、ピストンピン２６を曲げる方向に加わる回転方向の力Ｍｒに基づいて、ピストンピン２６の先端面とピン孔２４との接触点の位置を求めた後、ピストンピン２６を曲げる方向に加わる回転方向後からＭｒが低減する方向に、接触点Ｐ１を中心としてピストンピン２６を傾動させる方法は、ピンの嵌合方法以外に、ピンを引き抜く方法にも適用可能である。

すなわち、嵌合されたピンを引き抜く際、通常嵌合されたピンの軸線方向に真っ直ぐ引っ張れば容易に引き抜くことができると想像されるが、例えば真っ直ぐでない孔に真っ直ぐなピンを圧入気味に嵌合させた場合、ピンの軸線に合わせて真っ直ぐに引っ張っても容易には抜けない場合がある。この場合でも、この回転方向の力は、ピン孔とピンとの複数の接触点（２点とは限らない）における孔の内壁をピンが押す押圧力と同じ大きさであり、且つ押圧力とは逆向きに作用する複数の垂直抗力の合成力であり、真っ直ぐに引っ張った時の回転方向の力Ｍｒを求め、ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力Ｍｒが低減する方向に、いずれか１つある接触点を中心としてピストンピン２６を微小量傾動させれば、一番小さな力で該ピストンピン２６を引き抜くことができる。

このようなピン引き抜き方法の手順を図１２に示す。

図１２のステップＳ２０１及びＳ２０４〜Ｓ２１１は、図５におけるステップＳ１及びステップＳ４〜Ｓ１１に相当する。図１２に示すピン引き抜き方法で図５に示すピン嵌合方法と異なる箇所は、ステップＳ２０２及びＳ２０３である。すなわち、前記のステップＳ２及びＳ３でピストンピン２６を前方に向かって進行させ、その挿入量に基づいて処理の終了判断をしていたのに対して、ステップＳ２０２及びＳ２０３では、ピストンピン２６を後方に向かって後退させ、その後退量に基づいて処理の終了判断をする。したがって、動作方向の極性が異なるだけであり、基本的な動作は同じである。また、ステップＳ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２１１における条件判断は、力Ｆｒ、Ｆｚを絶対値で比較していることから、極性が変わっても前記のステップＳ３、Ｓ７、Ｓ１１の処理をそのまま適用することができる。実際上は、前記の図５を実行するプログラムを、その動作極性をプラスからマイナスに設定することにより図１２の処理にそのまま適用することができる。

本実施の形態に係るピン嵌合方法及びピン引き抜き方法は、上記のピストンピン２６以外の軸状部材にも適用可能であり、円柱又は円筒部材のワークや、先端面の周部が円環状のワークに好適に用いられる。先端面の周部が円環状であると、孔壁に対して一点で接触することで挙動が安定するとともに、接触点Ｐ１を簡便に求めることができるためである。

本発明に係るピン嵌合方法及びピン引き抜き方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るピン嵌合方法が適用されるロボットシステムの模式図である。 ピストン、コネクティングロッド及びピストンピンの分解斜視図である。 ロボットの先端部と座標を示す図である。 コントローラのブロック構成図である。 本実施の形態に係るピン嵌合方法の手順を示すフローチャートである。 挿入動作においてピストンピンの先端がピン孔の内壁に当接した状態のピン孔の断面側面図である。 挿入動作においてピストンピンの先端がピン孔の内壁に当接した状態をピストンピンの軸方向から見た図である。 図６に示す状態からピストンピンを平行移動させた状態のピン孔の断面側面図である。 挿入動作においてピストンピンの先端及び側面がピン孔の内壁及び開口に当接した状態のピン孔の断面側面図である。 挿入動作においてピストンピンの先端及び側面がピン孔の内壁及び開口に当接した状態をピストンピンの軸方向から見た図である。 ピストンピンを先端の中心点を中心にして傾動させた場合の比較例を示す図である。 本実施の形態に係るピン引き抜き方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ロボットシステム １２…第１ロボット
１４…第２ロボット １６…コントローラ
１８…治具 ２０…ピストン
２２…コネクティングロッド ２４…ピン孔
２４ａ…開口 ２４ｂ…内壁
２６…ピストンピン ２６ａ…先端
２６ｂ…側面 ３６…チャック
３８…力センサ
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ…並進方向の力 Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ…回転方向の力

Claims (6)

1. ３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔に嵌合させるピン嵌合方法であって、
   前記ピンと前記孔との軸を略合わせる位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程と同時又はその後、前記孔に向けて前記ピンを軸方向に進行させる進行工程と、
   前記進行工程の後、前記軸方向の押圧力が所定閾値を超えたときに、前記ピンの進行を停止させる一時停止工程と、
   前記一時停止工程と同時で且つ前記ピンが進行しているときに、又は前記一時停止工程の後に、前記ピンに作用する径方向の力を調べ、該径方向の力が減少する方向に前記ピンを平行移動させる平行移動工程と、
   前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力に基づいて、前記ピンの先端面と前記孔との接触点の位置を求める接触点位置取得工程と、
   前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、前記接触点を中心として前記ピンを傾動させるピン傾動工程と、
   を有し、
   前記ピン傾動工程の後、前記進行工程に戻るループ処理を行い、所定の嵌合条件が満たされるまで前記ループ処理を行うことを特徴とするピン嵌合方法。
2. ３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔に嵌合させるピン嵌合方法であって、
   前記ピンと前記孔との軸を略合わせる位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程と同時又はその後、前記孔に向けて前記ピンを軸方向に進行させる進行工程と、
   前記進行工程と同時、又は所定条件下に前記ピンの進行が停止しているときに、前記ピンに作用する径方向の力を調べ、該径方向の力が減少する方向に前記ピンを平行移動させる平行移動工程と、
   を有することを特徴とするピン嵌合方法。
3. ３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔に嵌合させるピン嵌合方法であって、
   前記ピンと前記孔との軸を略合わせる位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程と同時、又はその後前記孔に向けて前記ピンを軸方向に進行させる進行工程と、
   前記進行工程の後、所定条件下に前記ピンの進行が停止しているときに、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力に基づいて、前記ピンの先端面と前記孔との接触点の位置を求める接触点位置取得工程と、
   前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、前記接触点を中心として前記ピンを傾動させるピン傾動工程と、
   を有することを特徴とするピン嵌合方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のピン嵌合方法において、
   前記力センサは、前記手首部により保持する前記ピンの軸上に設けられていることを特徴とするピン嵌合方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のピン嵌合方法において、
   前記ピンは円柱又は円筒部材であることを特徴とするピン嵌合方法。
6. ３軸並進方向及び３軸回転方向の力を検出可能な力センサを、先端手首部に備えるロボットにより、ピンを保持して該ピンを孔から引き抜くピン引き抜き方法であって、
   所定条件下に前記ピンの後退が停止しているときに、前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力に基づいて、前記ピンの先端面と前記孔との接触点の位置を求める接触点位置取得工程と、
   前記ピンを曲げる方向に加わる回転方向の力が低減する方向に、前記接触点を中心として前記ピンを傾動させるピン傾動工程と、
   前記ピンの軸方向に前記孔の開口部に向けて該ピンを後退させて前記孔から引き抜く引き抜き工程と、
   を有することを特徴とするピン引き抜き方法。

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