JP2013154446A - Method of calculating workpiece assembling procedure, assembling procedure calculation program, and automatic assembly robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の嵌合足を対応する嵌合穴に挿入することによりワークを組み立てる多点嵌合組立に関する。 The present invention relates to a multi-point fitting assembly in which a workpiece is assembled by inserting a plurality of fitting feet into corresponding fitting holes.
近年、市場ニーズの多様化による多品種・少量の生産に対応できる生産装置として自動組立ロボットが注目されている。一般に、この自動組立ロボットは、先端に力覚センサを備えたロボットハンドを有するロボットアームを備えており、組立する製品に合わせてロボットアームの動作に関する制御プログラムを変更することで様々な組立に対応できるのが特徴である。 In recent years, automatic assembly robots have attracted attention as production equipment that can handle production of a wide variety and a small quantity due to diversification of market needs. Generally, this automatic assembly robot is equipped with a robot arm having a robot hand with a force sensor at the tip, and it can handle various assembly by changing the control program related to the operation of the robot arm according to the product to be assembled It is a feature that can be done.
このような自動組立ロボットを用いて生産現場における製品組立の自動化が検討され実現がなされてきているが、自動組立ロボットによる置き換えが簡単でなく、未だにその多くを人手に頼っている組立も存在する。その1つが多点嵌合組立である。多点嵌合組立は、複数の嵌合足を対応する嵌合穴に嵌合させるワークの組立である。複数の嵌合足を該当する嵌合穴に挿入し嵌合することで嵌合物と被嵌合物の間に高い拘束力を生むのが特徴で、カーエアコン等、複雑な形状をした外装の組立に多く用いられる。 The automation of product assembly at production sites has been studied and realized using such automatic assembly robots, but replacement by automatic assembly robots is not easy, and there are still assemblies that rely on humans for much of them. . One of them is multi-point fitting assembly. The multipoint fitting assembly is an assembly of a work for fitting a plurality of fitting feet into corresponding fitting holes. It is characterized by creating a high restraint force between the mating object and the mating object by inserting and mating multiple mating feet into the corresponding mating hole. Often used for assembly.
1つの嵌合足を1つの嵌合穴に嵌合する1点嵌合組立は、自動組立ロボットで一般的に実施されている組立である一方、多点嵌合組立が未だにその多くが人手に頼って行われている理由は、次のような多点嵌合組立の技術的な難しさによる。 One-point fitting assembly that fits one fitting foot into one fitting hole is an assembly that is generally performed by an automatic assembly robot, while many of the multi-point fitting assembly is still manual. The reason why it is relied on is due to the technical difficulty of the multi-point fitting assembly as follows.
1点嵌合組立は、嵌合物と被嵌合物のいずれか一方に備える1本の嵌合足と他方に備える1つの嵌合穴に対し、ロボットアームの位置制御で双方の位置を合わせ、嵌合足を嵌合穴に挿入する際に力覚センサを用いたコンプライアンス制御を利用して組立てる。これに対し多点嵌合組立は、各嵌合足と各嵌合穴の寸法公差に加え、嵌合足間と嵌合穴間の距離公差も加わるため、嵌合足と嵌合穴の位置合わせの際にロボットアームに要求される位置決め精度が飛躍的に高くなってしまう。そして、組み立てるワークによっては、寸法公差上、嵌合穴と嵌合足が物理的に干渉し、すべての嵌合足を同時挿入することが不可能なケースが発生し得る。 In the one-point fitting assembly, the position of the robot arm is aligned with one fitting leg provided on one of the fitting and the fitting and one fitting hole provided on the other. When the fitting foot is inserted into the fitting hole, it is assembled using compliance control using a force sensor. On the other hand, in multi-point fitting assembly, in addition to the dimensional tolerances of each fitting foot and each fitting hole, there is also a distance tolerance between the fitting feet and the fitting holes. The positioning accuracy required for the robot arm at the time of alignment is dramatically increased. Depending on the work to be assembled, due to dimensional tolerances, the fitting hole and the fitting foot may physically interfere with each other, and it may be impossible to simultaneously insert all the fitting feet.
人はこのような多点嵌合組立を、挿入する嵌合足を指でサポートし弾性変形させるなどして、寸法公差により同時挿入が不可能となる事態を回避すると共に、高精度に位置決めせずに嵌合物と被嵌合物との組み立てをする。しかし人に倣ったこの組立方法は、指の本数や、指の関節数、サイズ、制御の複雑さなどの要因により、従来の自動組立ロボットで実現するのが難しかった。 A person can position such a multi-point fitting assembly with high precision while avoiding the situation where simultaneous insertion is impossible due to dimensional tolerances by supporting the insertion feet to be inserted with fingers and elastically deforming them. First, assemble the fitting object and the fitting object. However, this assembling method that imitates humans has been difficult to realize with conventional automatic assembly robots due to factors such as the number of fingers, the number of finger joints, size, and control complexity.
そこで従来、自動車の車体関連部品など比較的強度の高い部品においては、相対的に剛性の低い柔らかい嵌合足から順番に選択し、嵌合足の弾性変形を利用して嵌合穴へ順次挿入していくことで多点嵌合組立を行う方法が案出されている(特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, parts with relatively high strength, such as automobile body parts, are selected in order from soft fitting feet with relatively low rigidity, and inserted into the fitting holes sequentially using the elastic deformation of the fitting feet. Thus, a method of performing multi-point fitting assembly has been devised (see Patent Document 1).
ここで、剛性の低い嵌合足から順番に挿入していく理由は、既に挿入した嵌合足と嵌合穴間で発生する嵌合物と被嵌合物の拘束を、剛性の低い嵌合足の弾性変形を利用してゆるい状態で保持できるからである。これにより、次の嵌合足を挿入する際にロボットアームが無理なく動作でき、より簡単に挿入動作を進めることができる。 Here, the reason for inserting in order from the low-rigid fitting foot is that the fitting between the already-inserted fitting foot and the fitting hole and the fitting object are restrained by the low-rigid fitting. This is because the elastic deformation of the foot can be used to hold it in a loose state. Thereby, when inserting the next fitting leg, the robot arm can operate without difficulty, and the insertion operation can be advanced more easily.
ところで、多点嵌合組立の対象製品は、車などの大型製品に限らずデジタルカメラなどの小さな精密機器の外装組立など、世の中に多数存在する。そのため、このような比較的強度の低い小型製品についても、多点嵌合組立の自動化の展開が期待されている。 By the way, there are many products that are subject to multi-point fitting assembly such as exterior assembly of small precision devices such as digital cameras as well as large products such as cars. Therefore, even for such a small product having a relatively low strength, the development of automation of multi-point fitting assembly is expected.
しかしながら、上記小型製品の多点嵌合組立となると、嵌合足も非常に細く薄く、精密な形状のものが増えてくるため、組立最中に嵌合足の塑性変形や破壊が発生しやすくなる。この嵌合足の塑性変形、破壊が起こる原因としては、多点ある嵌合足を順番に挿入していった際に、挿入済の嵌合足に過度な負荷が発生することが挙げられる。 However, in the case of multi-point fitting assembly of the above-mentioned small products, the fitting feet are very thin and thin, and the number of precise shapes increases, so the fitting feet are likely to be plastically deformed and broken during assembly. Become. The cause of the plastic deformation and breakage of the fitting foot is that an excessive load is generated on the inserted fitting foot when multiple fitting feet are sequentially inserted.
上記特許文献1記載の方法では、各嵌合足の相対的な剛性に着目して挿入順序を決定して組立を行っている。その理由は剛性が低い嵌合足から挿入した方が、挿入済みの嵌合足の変形により、嵌合物と被嵌合物の相対位置の調整が無理なく行いやすいからである。
In the method described in
しかし、剛性値と壊れにくさは必ずしも一致しない。剛性が高くても破壊に至るまでに許容される嵌合足の変形量が大きな形状・材質の嵌合足もあれば、剛性が低く柔らかくても少量の変形で破壊に至る形状・材質の嵌合足もある。そのため、上述の嵌合足の剛性に基づく挿入順序の決定方法では、ワークの嵌合足にかかる負荷により嵌合足が破壊することを防止する挿入順序にならないことがある。 However, the rigidity value and the resistance to breakage do not always match. Even if the rigidity is high, there is a fitting foot with a shape and material that allows a large amount of deformation of the fitting foot until it breaks. There is also a leg. For this reason, in the above-described method for determining the insertion order based on the rigidity of the fitting feet, the insertion order may not be such that the fitting feet are prevented from being destroyed by a load applied to the fitting feet of the workpiece.
また、上記特許文献1では挿入順序の決定を嵌合足単体の剛性(スカラー量)のみで判断しており、柔らかさの方向を考慮していないため、複数の嵌合足の配置・向きによっては、挿入済の嵌合足に過度な負荷がかかる場合が発生する。この問題点について、図17のワークの多点嵌合組立を例に説明する。
Further, in
なお、図17に示すワークWは、嵌合物W1と被嵌合物W2に分割されていて、嵌合物W1には3本の嵌合足201,202,203を備え、被嵌合物W2には嵌合穴301,302,303を備えた構造となっている。そして、上記嵌合足201を嵌合穴301に、嵌合足202を嵌合穴302に、嵌合足203を嵌合穴303に挿入することで嵌合物と被嵌合物が嵌合されるように構成されている。
The workpiece W shown in FIG. 17 is divided into a fitting object W1 and a fitting object W2, and the fitting article W1 includes three
表1には各嵌合足の剛性値が示されている。この表1の値に従って、各嵌合足の最も低い剛性値に着目して挿入順序を決定すると、嵌合足202(X軸方向の剛性値20g/mm)を最初に挿入し、次に嵌合足201(Y軸方向の剛性値40g/mm)を挿入する。そして嵌合足203(XY軸方向の剛性値200g/mm)を挿入し、全ての嵌合足を嵌合穴へ挿入したところで、各嵌合足の嵌合長いっぱいの深さまで嵌合足を挿入することで嵌合が完了する。 Table 1 shows the rigidity value of each fitting foot. According to the values in Table 1, when the insertion order is determined by focusing on the lowest rigidity value of each fitting foot, the fitting foot 202 (X-axis direction rigidity value 20 g / mm) is inserted first, and then the fitting is performed. A leg 201 (Y-axis direction rigidity value 40 g / mm) is inserted. Then, the mating feet 203 (XY-axis direction rigidity value 200 g / mm) are inserted, and when all the mating feet are inserted into the mating holes, the mating feet are inserted to the full depth of each mating foot. Insertion completes the mating.
嵌合足202と嵌合足201を対応する嵌合穴302,301に挿入すると、嵌合物と被嵌合物間に、嵌合足202と嵌合足201の2本の嵌合足の剛性に基づくX軸方向、Y軸方向の拘束が働く。嵌合足202と嵌合足201を合わせた剛性値として、単純に双方の嵌合足の剛性の和を取り評価値とすると(X軸方向の剛性値540g/mm、Y軸方向の剛性値620g/mm)となる。上述した各嵌合足の最も低い剛性値に着目した挿入順序では、このような拘束状態で嵌合物W1を動かして、最後の嵌合足203を挿入しなければならない。
When the
ここで、例えば、挿入の順序を嵌合足202、嵌合足203、嵌合足201の順番とした場合について考える。すると、最後の嵌合足201を嵌合穴301に挿入する際、嵌合足202と嵌合足203を合わせた剛性値(X軸方向の剛性値600g/mm、Y軸方向の剛性値120g/mm)によって嵌合物と被嵌合物は拘束される。この時、各嵌合足の最も低い剛性値に着目した挿入順序と比較してX軸方向の剛性値に大きな違いがないが、本挿入順序の方がY軸方向の剛性値は大幅に小さい。
Here, for example, consider the case where the insertion order is the order of the
これにより、挿入順序の決定を嵌合足単体の剛性(スカラー量)に基づいて決定する従来の方法では、必ずしも挿入済みの嵌合足に掛かる負荷を低減する上で最適な挿入順序とならないことが分かる。 As a result, the conventional method of determining the insertion order based on the rigidity (scalar amount) of the mating foot alone does not necessarily result in an optimal insertion order for reducing the load on the inserted mating foot. I understand.
そこで、本発明は、多点嵌合組み立てにおいて嵌合足に掛かる負荷を考慮したワークの組み立て手順演算方法、組み立て手順演算プログラム及び自動組立ロボットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a workpiece assembly procedure calculation method, an assembly procedure calculation program, and an automatic assembly robot in consideration of a load applied to a fitting foot in multi-point fitting assembly.
本発明に係るワークの組み立て手順演算方法は、演算装置が、複数の嵌合足が対応する嵌合穴に嵌合して互いに組み付く第1及び第2ワークの各嵌合足のそれぞれについて、弾性域内で変形可能な変形量である許容変形量を、少なくとも水平方向について求めたデータを取得する取得工程と、前記演算装置が、この取得した許容変形量のデータに基づき、複数ある前記嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、順番に前記嵌合足を挿入していった際の各挿入ステップにおける前記第1及び第2ワークの許容された相対移動量を組立自由度として求める組立自由度演算工程と、前記演算装置が、求めた組立自由度に基づいて前記複数ある嵌合足の挿入順序を評価する評価工程と、を備えた、ことを特徴とする。 In the workpiece assembly procedure calculation method according to the present invention, the calculation device has a plurality of fitting feet fitted into corresponding fitting holes and assembled to each other for each fitting foot of the first and second workpieces. An acquisition step of acquiring data obtained for at least a horizontal direction as an allowable deformation amount that is a deformation amount that can be deformed within an elastic region, and a plurality of the fittings based on the acquired allowable deformation amount data. Assembling degree-of-freedom calculation for obtaining the allowable relative movement amount of the first and second workpieces at each inserting step when the fitting legs are inserted in order for each of the insertion order of the legs. And an evaluation step of evaluating the insertion order of the plurality of fitting feet based on the obtained degree of assembly freedom.
本発明に係る自動組立ロボットは、複数の嵌合足が対応する嵌合穴に嵌合して互いに組み付く第1及び第2ワークのいずれか一方のワークを把持し、載置された他方のワークに組み付けるロボットアームと、前記複数の嵌合足の水平方向における弾性域内で変形可能な変形量のデータに基づき、複数ある前記嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、順番に前記嵌合足を挿入していった際の各挿入ステップにおける前記第1及び第2ワークの許容された相対移動量を組立自由度として求め、これら求めた組立自由度に基づいて前記複数ある嵌合足の挿入順序を評価する演算装置と、を備えた、ことを特徴とする。 The automatic assembly robot according to the present invention grips one of the first and second workpieces that are assembled to each other by fitting a plurality of fitting feet into the corresponding fitting holes, and the other one placed. Based on the robot arm assembled to the workpiece and the deformation amount data that can be deformed within the elastic range in the horizontal direction of the plurality of mating feet, the mating feet are inserted in order for each of the plurality of mating foot insertion orders. An allowable relative movement amount of the first and second workpieces in each insertion step at the time of insertion is obtained as an assembly freedom, and the insertion order of the plurality of fitting feet is based on the obtained assembly freedom. And an arithmetic unit for evaluating the above.
第2ワークに対する第1ワークが相対移動可能な範囲(組立自由度)を大きさと方向(向き)で計算し、この組立自由度に基づいて嵌合足の挿入順序を評価することによって、組立の後半まで組立自由度が大きく維持できる挿入順序を選択することができる。そして、これにより、ワークの多点嵌合組立において、嵌合足を嵌合穴に挿入していく過程で、挿入済の嵌合足に、塑性変形や破壊に至る過度な負荷がかかることを防止することができる。 By calculating the range in which the first workpiece can move relative to the second workpiece (assembly degree of freedom) in terms of size and direction (orientation), and evaluating the insertion order of the fitting feet based on this degree of assembly freedom, It is possible to select an insertion order that can maintain a large degree of assembly freedom until the second half. As a result, in the multi-point fitting assembly of the workpiece, in the process of inserting the fitting foot into the fitting hole, an excessive load that leads to plastic deformation or breakage is applied to the inserted fitting foot. Can be prevented.
以下、本発明に係るワークの組み立て手順の演算方法及びこの演算方法を使用した自動組立ロボット(嵌合装置)について説明をする。なお、以下の説明において、ROM(Read Only Memory)とは、不揮発性の半導体メモリ及び半導体メモリ以外の読み出し専用媒体のことをいう。また、RAM(Random Access Memory)とは、読み書き共にランダムにアクセス可能なメモリのことをいい、これらROM及びRAMによってコンピュータの主記憶装置を構成している。 Hereinafter, a calculation method of a work assembly procedure according to the present invention and an automatic assembly robot (fitting device) using the calculation method will be described. In the following description, ROM (Read Only Memory) refers to a nonvolatile semiconductor memory and a read-only medium other than the semiconductor memory. A RAM (Random Access Memory) refers to a memory that can be randomly accessed for both reading and writing, and the ROM and RAM constitute a main storage device of a computer.
更に、降伏応力とは、弾性体にそれ以上の応力を加えると塑性変形を起こし、かかる応力を0としても、変形が元の状態まで戻らなくなるその境界となる応力値である。また、許容変形量とは、降伏応力δmaxに達するまでの各嵌合足の変形量、即ち、嵌合足fが弾性域内で変形可能な変形量のことをいうこととする。 Furthermore, the yield stress is a stress value that becomes a boundary at which plastic deformation occurs when an additional stress is applied to the elastic body, and the deformation does not return to the original state even when the stress is zero. Further, the allowable deformation amount refers to the deformation amount of each fitting foot until the yield stress δmax is reached, that is, the deformation amount that the fitting foot f can deform within the elastic region.
[自動組立システムの構成]
図1に示すようにワークWの自動組立システムSは、複数の嵌合足f・・・が対応する嵌合穴h・・・に嵌合して互いに組み付く第1及び第2ワークW1,W2を組み立てる自動組立システムである。この自動組立システムSは、第1ワーク(嵌合物)W1を供給する嵌合物供給装置21と、第2ワーク(被嵌合物)W2を被嵌合物供給装置23と、これら第1及び第2ワークW1,W2を組み立てる自動組立ロボット1と、を備えて構成されている。
[Configuration of automatic assembly system]
As shown in FIG. 1, the automatic assembly system S for workpieces W includes first and second workpieces W1, which are fitted to each other by fitting a plurality of fitting feet f... Into corresponding fitting holes h. This is an automatic assembly system for assembling W2. This automatic assembly system S includes a
上記自動組立ロボット1は、組み付けベース20上にロボットアーム2を取り付けて構成されており、この組み付けベース20上には、第2ワークW2を載置する被嵌合物載置台22が設けられている。また、組み付けベース20上におけるロボットアーム2の取り付け基部と被嵌合物載置台22との間には、上記嵌合物供給装置21が配設されている。更に、被嵌合物載置台22を挟んで嵌合物供給装置21の反対側には、被嵌合物供給装置23が設けられている。
The
上記自動組立システムSは、このロボットアーム2を用いて、第2ワークW2を被嵌合物載置台22に載置した後、嵌合物供給装置21から第1ワークW1を把持し、第1ワークW1を被嵌合物載置台上の第2ワークW2に自動的に組み付けるようになっている。
The automatic assembly system S uses the
[自動組立ロボットの構成]
ついで、上述した自動組立ロボット1の構成について図1及び図2に基づいて詳しく説明をする。自動組立ロボット1は、上記ロボットアーム2と、第1及び第2ワークW1,W2を撮像する撮像装置6と、これらを制御するロボットコントローラ(コンピュータ)10とを備えている。
[Configuration of automatic assembly robot]
Next, the configuration of the
ロボットアーム2は、垂直多関節ロボットからなるアーム部2aと、アーム部2aの可動端2bに力覚センサ5を介して取り付けられたロボットハンド3と、から構成されている。そして、ロボットハンド3に加わる反力を力覚センサ5により検出することにより、この検出した反力をアーム部2aの位置制御またはトルク制御の指令値にフィードバックすることにより、微妙な力加減で人手のような繊細な組立ができるようになっている。
The
また、ロボットコントローラ10は、図2に示すように、演算装置102及び記憶装置103を有するコンピュータ本体に、上記ロボットアーム2及び撮像装置6が接続されて構成されている。また、コンピュータ本体には、作業者が入力作業を行うための入力装置106や表示装置107なども接続されている。
As shown in FIG. 2, the
上記記憶装置103には、第1及び第2ワークW1,W2の形状データ、物性データ、嵌合足fの許容変形量などのデータが格納されている。また、その他にも、ロボットアーム2や撮像装置6などの制御ドライバや、上記嵌合足の許容変形量からワークの組み立て手順の演算をコンピュータ(演算装置102)に実行させる組み立て手順演算プログラムCPRなどの各種プログラムが格納されている。
The
より詳しくは、コンピュータ本体は、CPU102aを主体として、画像処理装置102b、音声処理装置102cを有して上記演算装置102を構成している。このCPU102aには、上記画像処理装置102b、音声処理装置102cの他に、ROM103a及びRAM103bがバス111を介して接続されている。ROM103aには、コンピュータの基本制御に必要なプログラムが格納されていると共に、上述した組み立て手順演算プログラムCPRなどの各種プログラムやデータが格納されている。RAM103bには、CPU102aに対する作業領域が確保される。画像処理装置102bはCPU102aからの描画指示に応じて表示装置107としての液晶ディスプレイを制御して、その画面上の所定の画像を表示させる。音声処理装置102cはCPU102aからの発音指示に応じた音声信号生成してスピーカ109に出力する。
More specifically, the computer main body includes the
CPU102aにはバス111に接続された入力インターフェース106cを介して、入力装置106としてのキーボード106a及びマウス106bが接続されており、ワークWの組み立てに必要な指定情報、或いはその他の指示の入力を可能としている。
A
また、バス111には、ロボットアーム2、撮像装置6が接続されていると共に、記録ディスク読取装置115が接続されており、組み立て手順演算プログラムCPRなどを記録した記録媒体Dを読み込み、例えばROM103aに格納できるようになっている。なお、上述した記憶装置103は、主記憶装置であるROM103a及びRAM103bの他に、コンピュータ読取可能な記録媒体Dやその他の外部記憶装置を備えて構成されている。
The
更に、バス111には、通信装置112が接続されており、上述したような記録媒体Dを使用せずに、通信装置112を介してインターネット等から配信される組み立て手順演算プログラムCPRをダウンロード可能に構成されている。
Further, the
[組み立て手順の概略]
ついで、上記組み立て手順演算プログラムCPRに基づく、ワークの多点嵌合組立の手順について説明をする。自動組立ロボット1は、第1ワークW1を把持したロボットハンド3をロボットアーム2のアーム部2aにより、組付スペースの組付開始位置まで移動させた後、一連の手順によって組み立てを行う。
[Outline of assembly procedure]
Next, the multi-point fitting assembly procedure of the workpiece based on the assembly procedure calculation program CPR will be described. The
図3は上記自動組立ロボット1による組み立て手順を示したフローチャート図であり、組立は大きくオフラインの手順演算(軌道生成)Soffと、オンラインのロボットアーム2の制御Sonに分かれる。オフラインの軌道生成では最初に複数ある嵌合足fの挿入順序の決定を行う(図3のステップS1)。次に、ステップS1で決定した順序で嵌合足fを、対応する嵌合穴hに挿入するための組立フローを作る(S2)。組立フローは、第2ワークW2に対し、第1ワークW1を所定の位置まで移動させる、接触させるまで動かす、嵌合足fを挿入する軌道を制御するといった、自動組立ロボット1が行う動きを分解して順番に並べたものである。そして、オフラインSoffの最後に挿入順序毎の挿入軌道を決定する(S3)。
FIG. 3 is a flowchart showing an assembly procedure by the
続いてオンライン(Son)で行われる自動組立ロボットの制御について説明する。オンラインの制御では、オフラインで決定した軌道に従ってロボットアーム2を動作させる(S4)。そして、第1及び第2ワークW1,W2の接触が発生する組立最中には、ロボットハンド3に加わる反力を検出して、第1ワークW1と第2ワークW2に過度な負荷がかからないように第1ワークW1の位置の微調整をロボットアーム2で行う(S5)。これら2つの手順によりオンラインの制御は構成される。
Next, control of the automatic assembly robot performed online (S on ) will be described. In the online control, the
また、図3に記載してないが、組立最中に異常な反力を検出した場合は、組立の状態を推定してリトライ動作を行うようにしてもよい。オンライン制御中、力覚センサに異常な反力を検出した場合は、自動組立ロボットを取り扱うユーザーが設定した閾値や、反力のプロファイルから、リトライや組立の中止、嵌合物や被嵌合物の部品の交換などの判断を行う。 Although not shown in FIG. 3, when an abnormal reaction force is detected during assembly, a retry operation may be performed by estimating the assembly state. If an abnormal reaction force is detected by the force sensor during online control, retry or assembly stop, fitting or mating object will be performed based on the threshold or reaction force profile set by the user handling the automatic assembly robot. Judge the replacement of other parts.
[組み立て手順の演算方法]
ついで、上述した組立手順のうち、嵌合足fの挿入順序の決定方法(S1)、組立フローの決定方法(S2)、挿入軌道の決定方法(S3)について、図5及び図6に示すワークWを例に詳しく説明をする。
[Calculation method of assembly procedure]
Next, in the assembly procedure described above, the work order shown in FIGS. 5 and 6 is described with respect to the insertion order determination method (S1), the assembly flow determination method (S2), and the insertion track determination method (S3). W will be described in detail as an example.
なお、図5及び図6に示すワークは、嵌合物となる第1ワークW1と、被嵌合物となる第2ワークW2と構成されており、この第1ワークW1には、各辺に嵌合足fが形成され、合計でfa1、fa2、fb1、fb2、fc、fdの6本の嵌合足を備えている。また、第2ワークW2は、第1ワークW1の各嵌合足fを挿入する対応した6つの嵌合穴ha1、ha2、hb1、hb2、hc、hdを具えている。 The work shown in FIGS. 5 and 6 includes a first work W1 that is a fitting object and a second work W2 that is a fitting object. Fitting feet f are formed, and a total of six fitting feet, fa1, fa2, fb1, fb2, fc, and fd, are provided. The second workpiece W2 includes six corresponding fitting holes ha1, ha2, hb1, hb2, hc, hd for inserting the fitting feet f of the first workpiece W1.
更に、これら第1及び第2ワークW1,W2の寸法は、fa1、fa2及びfb1、fb2が存在する辺の長さが90mm、fcとfdが存在する辺の長さが60mmである。また、すべての嵌合足fは、幅d1が5mm、厚さt1が0.2mmのペグ状の薄い形状からなるSUS(ステンレス鋼)でできた金属板である。更に、嵌合足fa1、fa2、fb1、fb2の長さp1は12mmで、対応する嵌合穴ha1、ha2、hb1、hb2の穴の深さp2は15mmである。嵌合足fc、fdの長さp3は12mmで、対応する嵌合穴hc、hdの深さp4は15mmである。 Further, the dimensions of the first and second workpieces W1 and W2 are such that the length of the side where fa1, fa2, and fb1, fb2 exist is 90 mm, and the length of the side where fc and fd exist is 60 mm. All the fitting feet f are metal plates made of SUS (stainless steel) having a peg-like thin shape having a width d1 of 5 mm and a thickness t1 of 0.2 mm. Further, the length p1 of the fitting feet fa1, fa2, fb1, and fb2 is 12 mm, and the hole depth p2 of the corresponding fitting holes ha1, ha2, hb1, and hb2 is 15 mm. The length p3 of the fitting feet fc and fd is 12 mm, and the depth p4 of the corresponding fitting holes hc and hd is 15 mm.
[嵌合足の挿入順序の決定方法]
まず始めに、挿入順序の決定方法(図3のステップS1、挿入順序の決定工程)について、図4乃至図10に基づいて説明をする。上記嵌合足fは厚さ0.2mmのSUSで、最も変形しやすい方向では、降伏応力δmaxは100gにも満たず、人の指先の力でも簡単に塑性変形が発生するほど柔らかい。そのため、嵌合足fの挿入順序は、各嵌合足の降伏応力δmaxに達するまでの変形量に基づいて決定される。
[Determination method of mating foot insertion order]
First, a method for determining the insertion order (step S1 in FIG. 3, the step for determining the insertion order) will be described with reference to FIGS. The fitting foot f is SUS having a thickness of 0.2 mm. In the direction in which deformation is most likely to occur, the yield stress δmax is less than 100 g, and it is so soft that plastic deformation easily occurs even with the force of a human fingertip. Therefore, the insertion order of the fitting feet f is determined based on the amount of deformation until the yield stress δmax of each fitting foot is reached.
このように、嵌合足fに降伏応力δmax以上の応力、言い換えると許容変形量以上の変形が加わると、組み立てる対象のワークに塑性変形や破壊が生じることになり、組立不良が発生する。そして、組立の不良を生まないためには、順番に嵌合足fを嵌合穴hに挿入していく際、そのときに挿入済みの嵌合足の許容変形量の範囲内で第1ワークW1と第2ワークW2の相対位置を調整し、次の嵌合足を対応する嵌合穴に挿入する必要がある。 As described above, when a stress greater than the yield stress δmax, that is, a deformation greater than the allowable deformation amount is applied to the fitting foot f, the workpiece to be assembled undergoes plastic deformation or breakage, resulting in an assembly failure. In order to prevent assembly failure, when the fitting feet f are sequentially inserted into the fitting holes h, the first workpiece is within the allowable deformation amount range of the already inserted fitting feet. It is necessary to adjust the relative position between W1 and the second workpiece W2 and insert the next fitting foot into the corresponding fitting hole.
自動組立ロボット1が組み立ての際に可動出来る範囲は、挿入済みの嵌合足fの各方向における許容変形量の最小値と等価となるので、これを自動組立ロボット1の組立中の自由度といえる。そこで、各嵌合足の許容変形量から計算した自動組立ロボットの組立中に取れる可動範囲を組立自由度と定義する。
The range in which the
本実施の形態では、上記組立自由度をできる限り多く残しながら、多点嵌合組立の嵌合足の挿入を順次進めていく挿入順序を決定することで、挿入済の嵌合足に過度な負荷がかかり破壊してしまうことによる組立不良を防止しながらの組立が可能とする。 In the present embodiment, the insertion order for sequentially inserting the fitting feet of the multi-point fitting assembly is determined while leaving as much as possible the degree of assembly freedom as described above. Assembling is possible while preventing assembly failure due to load and destruction.
そのための挿入順序決定方法についてのフローチャートを図4に示す。嵌合足fの挿入順序を決定するためには、まず、予め各嵌合足の直交する2軸(X方向、Y方向)の許容変形量、即ち水平方向の許容変形量を実験と実測によって求め、ロボットコントローラ10の内部メモリ(記憶装置103)に保存しておく。なお、本実施の形態では、許容変形量は直交する2軸分のデータを記憶させているが、例えばZ軸方向の許容変形量を加えて2軸以上のデータを記憶してもよい。嵌合足fの挿入順序の決定するに際し最初の工程は、この記憶装置103に保存されている各嵌合足の許容変形量を読みだす(取得する)ことから行われる(図4のステップS11、取得工程)。
FIG. 4 shows a flowchart of the insertion order determination method for that purpose. In order to determine the insertion order of the fitting feet f, first, the allowable deformation amounts of the two orthogonal axes (X direction and Y direction) of the respective fitting feet, that is, the allowable deformation amount in the horizontal direction are first experimentally and actually measured. It is obtained and stored in the internal memory (storage device 103) of the
演算装置102が、第1ワークW1の各嵌合足のそれぞれについて許容変形量を、少なくとも水平方向について取得したデータが表2である。
Table 2 shows data obtained by the
次にロボットコントローラ10の演算装置102は、これらの嵌合足fa1〜fdを順番に嵌合していった際の組立自由度を演算する(S12、組立自由度演算工程)。即ち、取得した許容変形量のデータに基づき、複数ある嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、前記嵌合足を順番に挿入していった際の各挿入ステップにおける第1及び第2ワークW1,W2の許容された相対移動量を組立自由度として求める。具体的には、組立自由度は、既に挿入済の嵌合足の組み合わせから、X軸、Y軸方向について、最も許容変形量の小さい嵌合足の数値を抽出した値となる。本実施の形態において考えられる挿入順番の組合せは、嵌合足fが6本であるので、6の階乗となり計720通りある。
Next, the
ここで、自動組立ロボット1として最低限必要な組立自由度が存在する場合は、自由度演算工程にて求めた組立自由度と、予め記憶装置103の内部メモリに保存された閾値とを比較する(S13のYES)。そして、閾値を下回る組立自由度となる挿入順序を選択肢から除外する(S14除外工程)。なお、嵌合装置として最低限必要な組立自由度は、自動組立ロボット1(ロボットアーム2)の位置精度によって決めることが好ましい。
Here, when there is a minimum degree of assembly freedom necessary for the
例えば、ロボットアーム2の直進性が0.1mmであれば、組立自由度が0.1mm以下の条件下で次の入れる嵌合足の挿入を行うと、挿入済みの嵌合足に過度に負荷がかかってしまう蓋然性が高い。そのため、組立自由度の最低値を0.15mmのように設定する。最低限必要な組立自由度が存在しない場合(S13のNO)は、すべての挿入順序の組み合わせが選択肢となって次の工程に進む。
For example, if the straightness of the
組立自由度の演算が終了すると、演算装置102は、上記除外工程にて除かれた挿入順序を除いたそれぞれの挿入順序において、挿入ステップ毎に抽出された組立自由度の総和を演算し(S15)、組立自由度の総和が最大となる挿入順序を決定する(S16)。
When the calculation of the assembly degree of freedom is completed, the
例えば、fb1→fb2→fd→fc→fa1→fa2の順序で嵌合足を挿入していった際の組立自由度を以下に示す(この挿入順序を例1とする)。
各嵌合足の許容変形量(dx[mm]、dy[mm]):fb1(0.1,2)→fb2(0.1,2)→fd(4,0.1)→fc(1,0.1)→fa1(0.2,3)→fa2(0.2,3)。
各挿入ステップの組立自由度Sn[mx[mm],my[mm]]:第2番目の挿入ステップS2[0.1,2]、S3[0.1,2]、S4[0.1,0.1]、S5[0.1,0.1]、S6[0.1,0.1]。
For example, the degree of assembly freedom when the fitting feet are inserted in the order of fb1, fb2, fd, fc, fa1, and fa2 is shown below (this insertion order is taken as Example 1).
Allowable deformation amount of each fitting foot (dx [mm], dy [mm]): fb1 (0.1, 2) → fb2 (0.1,2) → fd (4,0.1) → fc (1 , 0.1) → fa1 (0.2,3) → fa2 (0.2,3).
Assembly freedom level Sn [mx [mm], my [mm]] for each insertion step: second insertion steps S2 [0.1, 2], S3 [0.1, 2], S4 [0.1, 0.1], S5 [0.1, 0.1], S6 [0.1, 0.1].
なお、1本目の嵌合足fb1を挿入する際には、第1ワークW1と第2ワークW2との間に何も拘束がないので第1番目の挿入ステップS1は記載を省略した。上記例1の組立自由度の推移からも嵌合足を順次挿入していくに従って組立自由度が減少していき、全ての嵌合部が挿入された時点で最も値が低くなることがわかる。 Note that when inserting the first fitting foot fb1, there is no restriction between the first workpiece W1 and the second workpiece W2, so the description of the first insertion step S1 is omitted. It can be seen from the transition of the degree of freedom of assembly in Example 1 that the degree of freedom of assembly decreases as the fitting feet are sequentially inserted, and the value becomes lowest when all the fitting portions are inserted.
このときの組立自由度の総和は、ΣS=S1+S2+S3+S4+S5+S6=[0.5,4.3]となる。このようにして、嵌合足を挿入する全ての挿入順序の組み合わせ毎に組立自由度の総和ΣSを計算した結果は、図7のようになる。そして演算装置102は、この中から組立自由度の総和ΣSが最大となる挿入順序を選択する。
The sum of the assembly degrees of freedom at this time is ΣS = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 = [0.5, 4.3]. In this way, the result of calculating the total sum ΣS of the assembly degrees of freedom for every combination of the insertion orders for inserting the fitting feet is as shown in FIG. Then, the
結果として、本実施の形態で組み立てするワークWにおいて、最も組立自由度の総和ΣSが高い挿入順序は、fa1→fa2→fb1→fb2→fc→fdとなる。よって、この挿入順序を選択し、組立を行うこととする。選択した挿入順序の組立自由度とその総和は以下のようになる。
各嵌合足の許容変形量(dx[mm]、dy[mm]):fa1(0.2,3)→fa2(0.2,3)→fb1(0.1,2)→fb2(0.1,2)→fc(1.0,0.1)→fd(4,0.1)。
各挿入ステップの組立自由度Sn[mx[mm],my[mm]]:S2[0.2,3]、S3[0.2,3]、S4[0.1,2]、S5[0.1,2]、S6[0.1,0.1]。
組立自由度の総和:ΣS=S1+S2+S3+S4+S5+S6=[0.7,10.1]。
As a result, in the workpiece W to be assembled in the present embodiment, the insertion order with the highest total degree of freedom of assembly ΣS is fa1 → fa2 → fb1 → fb2 → fc → fd. Therefore, this insertion order is selected and assembly is performed. The degree of assembly freedom and the total sum of the selected insertion order are as follows.
Allowable deformation amount of each fitting foot (dx [mm], dy [mm]): fa1 (0.2, 3) → fa2 (0.2,3) → fb1 (0.1,2) → fb2 (0 .1,2) → fc (1.0,0.1) → fd (4,0.1).
Assembly degree of freedom of each insertion step Sn [mx [mm], my [mm]]: S2 [0.2, 3], S3 [0.2, 3], S4 [0.1, 2], S5 [0 .1, 2], S6 [0.1, 0.1].
Total of assembly freedom: ΣS = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 = [0.7, 10.1].
ここで、先に示した例1の挿入順序と選択した挿入順序の組立中の自由度の推移を図8に示し比較してみると、選択した挿入順序の方が、組立の後半まで組立自由度が高いことがわかる。 Here, when the transition of the degree of freedom during assembly of the insertion order of Example 1 shown above and the selected insertion order is shown in FIG. 8 and compared, the selected insertion order is free to assemble until the second half of the assembly. You can see that the degree is high.
また、参考として別の挿入順序fd→fa1→fa2→fb1→fb2→fcで組立した際の組立自由度と、組立自由度の総和を示す(この挿入順序を例2とする)。この挿入順序は6本の嵌合足の各々について、許容変形量が高い軸方向に着目し、許容変形量の高い順に嵌合足を嵌合したものである。
各嵌合足の許容変形量(dx[mm]、dy[mm]):fd(4,0.1)→fa1(0.2,3)→fa2(0.2,3)→fb1(0.1,2)→fb2(0.1,2)→fc(1,0.1)。
各挿入ステップの組立自由度Sn[mx[mm],my[mm]]:S2[4,0.1]、S3[0.2,0.1]、S4[0.2,0.1]、S5[0.1,0.1]、S6[0.1,0.1]。
組立自由度の総和:ΣS=S1+S2+S3+S4+S5+S6=[4.6,0.5]。
Also, as a reference, the assembly freedom when assembled in another insertion order fd → fa1 → fa2 → fb1 → fb2 → fc and the total of the assembly degrees of freedom are shown (this insertion order is Example 2). This insertion order is for each of the six fitting feet, focusing on the axial direction with the highest allowable deformation amount, and fitting the fitting feet in the descending order of the allowable deformation amount.
Allowable deformation amount of each fitting foot (dx [mm], dy [mm]): fd (4,0.1) → fa1 (0.2,3) → fa2 (0.2,3) → fb1 (0 .1,2) → fb2 (0.1,2) → fc (1,0.1).
Assembly degree of freedom of each insertion step Sn [mx [mm], my [mm]]: S2 [4, 0.1], S3 [0.2, 0.1], S4 [0.2, 0.1] , S5 [0.1, 0.1], S6 [0.1, 0.1].
Total of assembly freedom: ΣS = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 = [4.6, 0.5].
例2と選択した挿入順序の組立中の自由度の推移を図9に示す。例2では、ステップS2で組立自由度が大きく減少している。許容変形量が大きい軸方向と小さい軸方向が直交した(反対の)嵌合足同士を初期の挿入ステップで挿入すると、2軸のどちらにもワークを動かすことができなくなる。このことからも、挿入順序の決定には、許容変形量をスカラーでなく、本実施例のように方向(向き)を考慮したベクトルで評価して決定するのがよいことが改めて確認できる。 FIG. 9 shows the transition of the degree of freedom during the assembly of Example 2 and the selected insertion order. In Example 2, the degree of assembly freedom is greatly reduced in Step S2. If fitting feet in which the axial direction with a large allowable deformation amount and the small axial direction are orthogonal (opposite) are inserted in the initial insertion step, the workpiece cannot be moved in either of the two axes. From this, it can be reconfirmed that, in determining the insertion order, it is preferable to evaluate and determine the allowable deformation amount by using a vector in consideration of the direction (orientation) as in the present embodiment instead of a scalar.
選択した挿入順序において、嵌合足fa1とfa2、fb1とfb2は許容変形量が同じであるため、どちらから挿入しても組立自由度の総和は変わらない。このような場合は、嵌合足fa1とfa2、fb1とfb2の挿入順序はどちらからでもかまわない。タクトを優先するのであれば、嵌合足fa1とfa2、fb1とfb2を同時に挿入することも可能である。ただし、組立の信頼性、確実性を重視するならば、順番に挿入していくのがよい。 In the selected insertion order, since the fitting feet fa1 and fa2 and fb1 and fb2 have the same allowable deformation amount, the sum of the assembly degrees of freedom does not change regardless of which is inserted. In such a case, the insertion order of the fitting feet fa1 and fa2, and fb1 and fb2 may be from either. If priority is given to tact, it is also possible to insert fitting feet fa1 and fa2 and fb1 and fb2 at the same time. However, if importance is attached to the reliability and certainty of assembly, it is better to insert them in order.
このように、自動組立ロボット1は、複数ある嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、各挿入ステップにてそれぞれ求めた組立自由度の総和を求めることによって、その挿入順序全体に亘るワークの組立自由度を評価することができる。そして、これら求めた複数の組立自由度の総和の内、組立自由度の総和が所定の値以上の挿入順序の1つ(本実施形態では自由度の総和が最大のもの)を選択することができる(S15,16、評価工程、挿入順序選択工程)。また、これにより、挿入順序全体を通して、第2ワークW2に対する第1ワークW1の相対移動量が大きな挿入順序を選択することができ、嵌合足fの剛性の比較的低い小型製品についても、多点嵌合組立を自動組立ロボット1によりオートメーション化が可能になる。
As described above, the
ついで、上述した嵌合足の挿入順序の決定方法(第1の嵌合足の挿入順序の決定方法)とは異なる第2の嵌合足の挿入順序の決定方法について説明をする。なお、この第2の嵌合足の挿入順序の決定方法は、最後の嵌合足を挿入する時の組立自由度が最大となる順序を選択して組立する方法であり、ステップS14までは第1の嵌合足の挿入順序の決定方法と同一であるため、その説明は省略する。 Next, a method for determining the insertion order of the second fitting feet, which is different from the method for determining the insertion order of the fitting feet described above (method for determining the insertion order of the first fitting feet), will be described. The method for determining the insertion order of the second fitting feet is a method of selecting and assembling the order in which the degree of assembly freedom when inserting the last fitting feet is the maximum, and until step S14, Since it is the same as the determination method of the insertion order of 1 fitting leg, the description is abbreviate | omitted.
図10に示すように、上記第2の嵌合足の挿入順序の決定方法は、まず第1の嵌合足の挿入順序の決定方法と同様に、取得工程(S11)、組立自由度演算工程(S12)、除外工程(S13のYes、S14)を行う。そしてこれらの工程の後、最後の嵌合足を挿入する時の組立自由度に基づいて複数ある嵌合足の挿入順序を評価すると共に、最後の嵌合足を挿入する時の組立自由度が所定の値以上の挿入順序の1つを選択する(S18、評価工程,挿入順序選択工程)。具体的には本実施の形態においては、演算装置102が、図7の第6番目の挿入ステップS6に記載されている6本目の嵌合足が挿入する際の組立自由度が、最大となる挿入順序を選択する。
As shown in FIG. 10, the determination method of the insertion order of the second fitting feet is the same as the determination method of the insertion order of the first fitting feet. First, an acquisition step (S11), an assembly freedom degree calculation step (S12) and an exclusion process (Yes of S13, S14) are performed. After these steps, the order of insertion of the plurality of fitting feet is evaluated based on the degree of freedom of assembly when the last fitting foot is inserted, and the degree of assembly freedom when the last fitting foot is inserted is One of the insertion orders of a predetermined value or more is selected (S18, evaluation process, insertion order selection process). Specifically, in the present embodiment, the degree of freedom of assembly when the
なお、この時、最後の嵌合足を挿入する時の組立自由度が最大となる順序の組合せが複数ある場合、1つの挿入順序が決まるまで挿入ステップを1つずつ遡り、組立自由度を比較すると好ましい。本実施の形態においては、第2の嵌合足の挿入順序の決定方法を用いると、選択される挿入順序は、fa1→1a2→fb1→fb2→fc→fdとなる。 At this time, if there are multiple combinations of the order in which the degree of assembly freedom when inserting the last fitting foot is maximum, the insertion step is moved back one by one until one insertion order is determined, and the degree of assembly freedom is compared. It is preferable. In the present embodiment, when the method for determining the insertion order of the second fitting legs is used, the selected insertion order is fa1 → 1a2 → fb1 → fb2 → fc → fd.
以上の説明したように、挿入順序の組み合わせの中から挿入順序を決定する方法は大きく2通りある。1つは、図4のフローチャートに示した全ての嵌合足を挿入するまでの各挿入ステップの組立自由度の総和が最大となる順序を選択して組立する方法である。そして、もう1つは図10のフローチャートに示した最後の嵌合足を挿入する時の組立自由度が最大となる順序を選択して組立する方法である。 As described above, there are two main methods for determining the insertion order from the combination of insertion orders. One is a method of selecting and assembling an order in which the total sum of degrees of freedom of assembly in each insertion step until all the fitting feet shown in the flowchart of FIG. 4 are inserted is selected. The other is a method of assembling by selecting an order in which the degree of freedom in assembly when the last fitting foot shown in the flowchart of FIG. 10 is inserted is maximized.
本実施の形態のように2つの決定方法で同じ挿入順序が導かれることもあるが、それぞれ異なる挿入順序が決定された場合は次のように選択するとよい。組立自由度に対してロボットアーム2の位置制御精度に余裕が少ない場合は第1の嵌合足の挿入順序の決定方法を選択し、組立自由度に対してロボットアーム2の位置制御精度に余裕がある場合は第2の嵌合足の挿入順序の決定方法を選択するのが良い。別の言い方をすれば、第1の嵌合足の挿入順序の決定方法は組立の正確さが要求される難しい組立、第2の嵌合足の挿入順序の決定方法はタクトも考慮した組立の際に選択するのがよい。
Although the same insertion order may be derived by the two determination methods as in the present embodiment, if different insertion orders are determined, the following selection may be made. If the position control accuracy of the
なお、組立自由度を用いてその大小を比較する際に、X軸方向の組立自由度とY軸方向の組立自由度がともに最大となる挿入順序がない場合は、X軸方向の組立自由度とY軸方向の組立自由度の積を取り、積が最大となる挿入順序を選択するのが良い。 When comparing the size using the degree of freedom of assembly, if there is no insertion order that maximizes the degree of freedom of assembly in the X-axis direction and the degree of assembly freedom in the Y-axis direction, the degree of freedom of assembly in the X-axis direction. It is preferable to take the product of the degree of freedom of assembly in the Y-axis direction and select the insertion order that maximizes the product.
また、組立対象のワークによって、嵌合足と嵌合穴の寸法にクリアランスを取った設計がされているものもある。このようなクリアランスによる寸法上の遊びもワークの組立自由度として考慮することができる。よって、本実施の形態では組立自由度を各嵌合足の許容変形量からのみ計算して求めているが、許容変形量にクリアランス分の遊びとなる寸法を足した値から、組立自由度を計算するようにしてもよい。その場合は、嵌合足と嵌合穴のクリアランスの寸法を予めユーザーがロボットコントローラ10の記憶装置103に入力しておき、組立自由度の計算に利用できるようにしておく必要がある。また、許容変形量を実測する際、クリアランスによる寸法上の遊びも含めて実測により測定してしまうのがよい。
Some of the workpieces to be assembled are designed with clearance between the fitting feet and the fitting holes. Such dimensional play due to clearance can also be considered as the degree of freedom of assembly of the workpiece. Therefore, in this embodiment, the degree of freedom of assembly is obtained by calculating only from the allowable deformation amount of each fitting foot.However, the degree of freedom of assembly is calculated from the value obtained by adding the size that becomes play for the clearance to the allowable deformation amount. You may make it calculate. In that case, it is necessary for the user to input the dimensions of the clearance between the fitting foot and the fitting hole in advance to the
更に、本実施形態においては、求めた組立自由度に基づいて複数ある嵌合足の挿入順序を評価する評価工程と、複数ある嵌合足の挿入順序の中から1つの挿入順序を選択する挿入順序選択工程とを同時に行なっているが、別々に行うようにしても良い。また、挿入順序選択工程は人間の手によって行なっても良い。 Further, in the present embodiment, an evaluation step for evaluating the insertion order of a plurality of fitting feet based on the obtained degree of assembly freedom, and an insertion for selecting one insertion order from the insertion order of the plurality of fitting feet. Although the order selection step is performed simultaneously, it may be performed separately. Further, the insertion order selection step may be performed manually.
また、組立自由度が所定の閾値以下となる嵌合足の挿入順序については、挿入順序の選択候補から除外する除外工程は、挿入順序選択工程の前であればいつ行なっても良く、例えば、組立自由度演算工程の中に除外工程を取り込んでも良い。 In addition, as for the insertion order of the fitting feet whose assembly freedom is equal to or less than a predetermined threshold, the excluding step of excluding from the insertion order selection candidates may be performed any time before the insertion order selecting step, for example, An exclusion process may be incorporated into the assembly degree of freedom calculation process.
[組立フローの決定方法]
ついで、組立フローの決定方法(図3のステップS2、組立フローの決定工程)について説明をする。ワークWの組立フローは、第2ワークに対する第1ワークの相対位置の調整、第2ワークに第1ワークが接触するように第1ワークを動かす、嵌合足を挿入する軌道を制御するといった、自動組立ロボット1が行う動きを分解して、順番に並べたものである。
[Method of determining assembly flow]
Next, an assembly flow determination method (step S2 in FIG. 3, assembly flow determination step) will be described. The assembly flow of the workpiece W includes adjusting the relative position of the first workpiece with respect to the second workpiece, moving the first workpiece so that the first workpiece contacts the second workpiece, and controlling the trajectory for inserting the fitting foot. The movements performed by the
なお、以下の説明に際し、第1ワークW1の嵌合足fa1、fa2のある辺を第1辺、嵌合足fb1、fb2のある辺を第2辺、嵌合足fcのある辺を第3辺、嵌合足fdのある辺を第4辺と呼ぶこととする。また、第1ワークW1の各辺をこのように定義すると、
本実施の形態では、挿入順序の決定工程(図3のS1)で決まった挿入順序に基づいて、第1ワークW1の嵌合足fを第1辺、第2辺、第3辺、第4辺の順に、第2ワークW2の対応する嵌合穴hに挿入することとなる。
In the following description, the side with the fitting feet fa1 and fa2 of the first workpiece W1 is the first side, the side with the fitting feet fb1 and fb2 is the second side, and the side with the fitting feet fc is the third side. The side having the side and the fitting foot fd is referred to as a fourth side. Moreover, if each side of the first workpiece W1 is defined in this way,
In the present embodiment, the fitting foot f of the first workpiece W1 is set to the first side, the second side, the third side, and the fourth side based on the insertion order determined in the insertion order determining step (S1 in FIG. 3). In the order of the sides, they are inserted into the corresponding fitting holes h of the second workpiece W2.
まず、1辺目の嵌合足fa1とfa2を嵌合穴ha1とha2に挿入する手順を図11(a)を用いて説明する。初めに嵌合足fa1、fa2と嵌合穴ha1、ha2のX軸の位置を合わせる。同時にZ軸について、1辺目の嵌合足fa1、fa2先端の高さを嵌合穴ha1、ha2の上方の高さ位置に移動する。Y軸については、平行移動して嵌合穴ha1、ha2の位置に移動する。またこのとき、嵌合穴ha1、ha2に対して嵌合足fa1、fa2を数度傾ける。角度に関しては、第2辺の嵌合足fb1、fb2先端が嵌合穴hb1、hb2に接触しない大きさとする。 First, a procedure for inserting the fitting feet fa1 and fa2 on the first side into the fitting holes ha1 and ha2 will be described with reference to FIG. First, the X-axis positions of the fitting feet fa1 and fa2 and the fitting holes ha1 and ha2 are aligned. At the same time, the height of the front ends of the fitting feet fa1 and fa2 on the first side is moved to a height position above the fitting holes ha1 and ha2. The Y axis moves in parallel to the positions of the fitting holes ha1 and ha2. At this time, the fitting feet fa1 and fa2 are inclined several degrees with respect to the fitting holes ha1 and ha2. Regarding the angle, it is assumed that the tips of the fitting feet fb1 and fb2 on the second side do not contact the fitting holes hb1 and hb2.
次に第1辺目の嵌合足fa1,fa2の先端と嵌合穴ha1,ha2の側面が接触するまで、嵌合足fa1,fa2をY軸方向に平行移動し、同時にZ軸方向も下降方向に移動する。力覚センサ5の出力値により接触を検知するが、自動組立ロボット1の制御に時間遅れが発生するため、ロボットの速度やセンサ情報取得周期やセンサ精度を考慮し、可能な限り小さい値を、接触を検知する力覚閾値として設定する。次に第2辺目挿入開始位置まで、Z軸方向に挿入すると共にY軸を制御する。このとき、X軸方向にはコンプライアンス制御を行い、嵌合足fa1,fa2の破壊を防ぐ。なお、第1辺の2本の嵌合足fa1,fa2は、許容変形量が同一のため、組立に要するタクトタイムの短縮のため同時挿入とした。
Next, the fitting feet fa1 and fa2 are translated in the Y-axis direction until the tips of the first-side fitting feet fa1 and fa2 come into contact with the side surfaces of the fitting holes ha1 and ha2, and at the same time, the Z-axis direction is also lowered. Move in the direction. Although the contact is detected by the output value of the
次に2辺目の嵌合足fab1とfb2を嵌合穴hb1とhb2に挿入する手順を図11(b)を用いて説明する。第1辺目の嵌合足fa1,fa2が嵌合穴ha1,ha2に挿入されている状態で2辺目を挿入していく。まず、嵌合足fb1,fb2を第1辺の嵌合足fa1,fa2の挿入位置を中心にX軸回りに回転させる。このとき、「嵌合足fa1,fa2の挿入位置を基準とする回転軌道」と「次に挿入する嵌合足fb1,fb2が対応する嵌合穴hb1,hb2の縁に接触しない軌道」とを合成した軌道を作り、Y軸方向に嵌合足を制御する。軌道生成の方法については後述する。このとき、X軸方向にはコンプライアンス制御を行い、嵌合足fの破壊を防ぐ。なお、第2辺の2本の嵌合足fb1,fb2は、許容変形量が同一のため、組立に要するタクトタイムの短縮のため同時挿入とした。 Next, a procedure for inserting the fitting feet fab1 and fb2 on the second side into the fitting holes hb1 and hb2 will be described with reference to FIG. The second side is inserted while the fitting feet fa1, fa2 on the first side are inserted into the fitting holes ha1, ha2. First, the fitting feet fb1 and fb2 are rotated around the X axis around the insertion position of the fitting feet fa1 and fa2 on the first side. At this time, “the rotation trajectory based on the insertion position of the fitting feet fa1 and fa2” and “the trajectory in which the fitting feet fb1 and fb2 to be inserted next do not contact the edges of the corresponding fitting holes hb1 and hb2”. A combined track is created and the fitting foot is controlled in the Y-axis direction. The method for generating the trajectory will be described later. At this time, compliance control is performed in the X-axis direction to prevent destruction of the fitting foot f. Since the two fitting feet fb1 and fb2 on the second side have the same allowable deformation amount, they are simultaneously inserted in order to shorten the tact time required for assembly.
次に、第3辺目の嵌合足fcを嵌合穴hcに挿入する手順を図12(a)を用いて説明する。第3辺目の嵌合足fc挿入は、対辺である第4辺に挿入済の嵌合足fdが無いので、第1辺目、第2辺目の挿入済の嵌合足fa1,fa2,fab1とfb2のみ考慮した挿入となる。ここでは、第4辺目の嵌合足fd先端を中心としながら嵌合足を回転させる。また、第3辺の嵌合足fcの先が対応する嵌合穴hcの縁に衝突しないような軌道をとる必要がある。そのため、「嵌合足fa1,fa2、fb1,fb2の挿入位置を基準とする回転軌道」と「次に挿入する嵌合足fcが対応する嵌合穴hcの縁に接触しない軌道」とを合成した軌道を作る。そして、この合成した軌道に基づいてX軸方向に嵌合足fcを制御する。第2辺目と同じく軌道生成の方法については後述する。さらに、Y軸方向にコンプライアンス制御を行い、挿入済みの嵌合足fa1,fa2、fb1,fb2の破壊を防ぐ。 Next, a procedure for inserting the fitting foot fc on the third side into the fitting hole hc will be described with reference to FIG. In the insertion of the fitting foot fc on the third side, there is no inserted fitting foot fd on the fourth side which is the opposite side, so the inserted fitting feet fa1, fa2, inserted on the first side and the second side. The insertion takes into account only fab1 and fb2. Here, the fitting foot is rotated with the tip of the fitting foot fd on the fourth side as the center. Further, it is necessary to take a track so that the tip of the fitting foot fc on the third side does not collide with the edge of the corresponding fitting hole hc. Therefore, “the rotation trajectory based on the insertion position of the fitting feet fa1, fa2, fb1, fb2” and “the trajectory in which the next fitting foot fc to be inserted does not contact the edge of the corresponding fitting hole hc” are combined. Make a trajectory. Then, the fitting foot fc is controlled in the X-axis direction based on the combined trajectory. Similar to the second side, the method for generating the trajectory will be described later. Furthermore, compliance control is performed in the Y-axis direction to prevent destruction of the inserted fitting feet fa1, fa2, fb1, and fb2.
次に、第4辺目の嵌合足fdを嵌合穴hdに挿入する手順を図12(b)を用いて説明する。まず、嵌合足fdを第3辺の嵌合足fcの挿入部を中心にY軸回りに回転させる。このとき、「嵌合足fcを起点に生成する回転軌道」と「次に挿入する嵌合足fdが対応する嵌合穴hdの縁に接触しない軌道」とを合成した軌道を作り、X軸方向に嵌合足fdを制御する。第2辺目、3辺目と同じく軌道生成の方法については後述する。さらに、Y軸方向にコンプライアンス制御を行い、挿入済みの嵌合足fa1,fa2、fb1,fb2,fcの破壊を防ぐ。 Next, a procedure for inserting the fitting foot fd on the fourth side into the fitting hole hd will be described with reference to FIG. First, the fitting foot fd is rotated around the Y axis around the insertion portion of the fitting foot fc on the third side. At this time, a trajectory is formed by synthesizing the “rotating trajectory generated from the fitting foot fc as a starting point” and the “trajectory in which the next fitting foot fd to be inserted does not contact the edge of the corresponding fitting hole hd”. The fitting foot fd is controlled in the direction. The method for generating the trajectory will be described later as in the second side and the third side. Furthermore, compliance control is performed in the Y-axis direction to prevent destruction of the inserted fitting feet fa1, fa2, fb1, fb2, and fc.
上述したように、組立フローの決定工程においては、嵌合足fを有するワークW1,W2の各辺ごとに、嵌合足の挿入動作を決定する。 As described above, in the assembly flow determination step, the insertion operation of the fitting feet is determined for each side of the workpieces W1 and W2 having the fitting feet f.
[挿入軌道の決定方法]
最後に挿入軌道の決定方法(図3のステップS3、軌道演算工程)について詳しく説明をする。図13は、「挿入済の嵌合足に負荷をかけない軌道」を説明するための図である。組立中の嵌合足の塑性変形や破壊を防止するためには、嵌合足fを順次嵌合穴hに挿入していく際、既に挿入した嵌合足fdにかかる負荷が小さくなるような軌道で次の嵌合足fnを挿入する必要がある。
[How to determine the insertion trajectory]
Finally, the method for determining the insertion trajectory (step S3 in FIG. 3, trajectory calculation step) will be described in detail. FIG. 13 is a diagram for explaining a “trajectory in which no load is applied to the inserted fitting foot”. In order to prevent plastic deformation or destruction of the fitting foot during assembly, when the fitting feet f are sequentially inserted into the fitting holes h, the load applied to the already inserted fitting feet fd is reduced. It is necessary to insert the next fitting foot fn on the track.
例えば図13(a)では、既に挿入済の嵌合足fa1,fa2があり、次に挿入する嵌合足は嵌合足fb1,fb2である。嵌合足fb1,fb2を嵌合穴hb1,hb2に挿入する際、嵌合足と嵌合穴の相対位置ズレを補正するだけでなく、挿入済の嵌合足に塑性変形や破壊が発生するような負荷のかからない軌道で第1ワークW1の天板TPの位置を制御しなければならない。 For example, in FIG. 13A, there are already inserted fitting feet fa1 and fa2, and the next fitting feet to be inserted are fitting feet fb1 and fb2. When the fitting feet fb1 and fb2 are inserted into the fitting holes hb1 and hb2, not only the relative positional deviation between the fitting feet and the fitting holes is corrected, but also the inserted fitting feet are plastically deformed or broken. It is necessary to control the position of the top plate TP of the first workpiece W1 in such a path that does not apply a load.
そこで、本実施の形態では次の嵌合足fnを嵌合穴hnに挿入する際、ロボットアーム2によって第1ワークW1の天板TPを動かす軌道の生成を次の2つの軌道を合成して生成する。これら合成される2つの軌道の内、第1の軌道O1は「挿入済みの嵌合足への負荷に基づいて演算された軌道」であり、具体的には、「挿入済の嵌合足近傍の任意の基準点を起点に生成する軌道」といえる。また、言い換えると「基準点を中心に第1もしくは第2ワークを回転させて、挿入される嵌合足を目的位置まで移動させる場合に生じる軌道」ともいえる。更に、第2の軌道O2は「挿入される嵌合足をその先端部が対応する嵌合穴の縁と接触させずに挿入可能な軌道」である。
Therefore, in the present embodiment, when the next fitting foot fn is inserted into the fitting hole hn, the
図13(b)に第1の軌道O1の例を示す。嵌合足fを挿入すると、挿入した嵌合足fと嵌合穴hとの間で拘束が発生する。その拘束が発生する点を、挿入済の嵌合足fdの位置に基いた基準点として1点を定めるが、基準点は次のように決定する。 FIG. 13B shows an example of the first trajectory O1. When the fitting foot f is inserted, a restriction is generated between the inserted fitting foot f and the fitting hole h. One point is determined as a reference point based on the position of the already inserted fitting foot fd, and the reference point is determined as follows.
挿入済みの嵌合足fdが1本であるときは、その嵌合足fdと嵌合穴hdとが接する接点の近傍点とする。また、挿入済みの嵌合足が2本であるときは、2本の嵌合足間の中間位置の近傍点とする。さらに、挿入済みの嵌合足が3本以上であるときは、挿入済みの嵌合足によって囲まれる領域内の点、またはその領域の近傍の点とする。そのための嵌合足fと嵌合穴hの物体形状、と嵌合足間と嵌合穴間の距離は、予めロボットコントローラ10の記憶装置103にデータとして入力しておく必要がある。
When there is one inserted fitting foot fd, it is set as a point near the contact point where the fitting foot fd contacts the fitting hole hd. Further, when there are two inserted fitting feet, it is set as a point near the intermediate position between the two fitting feet. Furthermore, when there are three or more inserted fitting feet, the points are in a region surrounded by the inserted fitting feet or in the vicinity of the region. Therefore, the object shapes of the fitting feet f and the fitting holes h, and the distances between the fitting feet and the fitting holes need to be input as data to the
例えば、図13(a)で挿入済みに嵌合足が嵌合足fa1の1本であり、次に挿入する嵌合足が嵌合足fb1であったとする。その際の基準点Pは、嵌合足faに応力がかかっていないときの嵌合足faの仮想位置(図13(a)の点線n)と、嵌合穴ha1の内壁Ia1との交点と定める。図13(b)に示す基準点Pを中心とした回転軌道が、挿入済の嵌合足fa1に負荷のかかりにくい軌道O1、つまり第1の軌道となる。 For example, it is assumed that the fitting foot is one of the fitting feet fa1 after being inserted in FIG. 13A, and the fitting foot to be inserted next is the fitting foot fb1. The reference point P at that time is the intersection of the virtual position of the fitting foot fa when the fitting foot fa is not stressed (dotted line n in FIG. 13A) and the inner wall Ia1 of the fitting hole ha1. Determine. The rotation trajectory centered on the reference point P shown in FIG. 13B is a trajectory O1, in which a load is not easily applied to the inserted fitting foot fa1, that is, the first trajectory.
しかし、図13(b)を見てわかるように軌道O1は、嵌合穴hb1の上縁UEに接触しており、このままでは嵌合足fb1は第2ワークW2に干渉してスムーズに挿入できない。このように挿入済の嵌合足の拘束点を基準とした回転軌道では、嵌合穴の縁と干渉して挿入できない軌道が生成されてしまうことがある。そのため、第2の軌道である「次に挿入する嵌合足の先端部が対応する嵌合穴の縁に接触しない軌道」を第1の軌道に合成し、最終的な軌道O3を生成する。 However, as can be seen from FIG. 13B, the track O1 is in contact with the upper edge UE of the fitting hole hb1, and the fitting foot fb1 cannot be smoothly inserted by interfering with the second workpiece W2 as it is. . As described above, in the rotation trajectory based on the insertion point of the inserted fitting foot, a trajectory that cannot be inserted due to interference with the edge of the fitting hole may be generated. Therefore, the second track “the track in which the tip of the fitting foot to be inserted next does not contact the edge of the corresponding fitting hole” is synthesized with the first track to generate the final track O3.
上記第2の軌道O2の生成を図14を用いて説明する。第2の軌道O2は、「次に挿入する嵌合足fnの先端部が対応する嵌合穴hnの縁A,Bに接触しない軌道」である。まず、嵌合足fb1(fb2)の先端部の軌道に対しStartとGoalを定める。次に、嵌合足fb1(fb2)からみた障害物である嵌合穴hb1(hb2)の上縁UEを回避する挿入軌道を計画するために、挿入穴fb1(fb2)の形状に即したポテンシャルフィールドを設定する。ポテンシャルフィールドとは、仮想的な重力場として引力と斥力の項を数式で定義し、平面や空間上の任意の座標のポテンシャルを等高線図のように数値化しMAPにしたものである。ポテンシャルフィールドを作成するための引力と斥力は、嵌合足と嵌合穴の物体形状の形状は既知であるので、定めたStart地点に対し、Goal地点より引力が発生し、一方で嵌合穴の上縁を障害物として斥力を発生するよう設定する。斥力の発生点を図に示すと図14の点Aと点Bとなる。 The generation of the second trajectory O2 will be described with reference to FIG. The second track O2 is a “track where the tip of the fitting foot fn to be inserted next does not contact the edges A and B of the corresponding fitting hole hn”. First, Start and Goal are determined with respect to the track of the tip of the fitting foot fb1 (fb2). Next, in order to plan an insertion trajectory that avoids the upper edge UE of the fitting hole hb1 (hb2), which is an obstacle viewed from the fitting foot fb1 (fb2), the potential according to the shape of the insertion hole fb1 (fb2) Set the field. The potential field is a virtual gravity field in which terms of attractive force and repulsive force are defined by mathematical formulas, and potentials at arbitrary coordinates on a plane or space are converted into MAP and converted into MAP. As for the attractive force and repulsive force for creating the potential field, since the shape of the object shape of the fitting foot and the fitting hole is known, an attractive force is generated from the Goal point with respect to the determined Start point, while the fitting hole Set to generate repulsion with the upper edge of the obstacle as an obstacle. The points where the repulsive force is generated are shown as points A and B in FIG.
図14(a)の例では、嵌合穴の点Aと点Bの2点に斥力を発生させているが、嵌合穴の上縁UEとなる平面全体から斥力を発生させるように設定してもよい。このように作成したポテンシャルマップの例を図14(b)に示す。Startと記載された地点ポテンシャルが最も高く、Goalと記載された地点のポテンシャルが最も低くなる。次に挿入する嵌合足fb1の先端の軌道は、Start地点からGoal地点に向け、ポテンシャルが高いところから低いところを順にたどって移動したものとなる。 In the example of FIG. 14A, repulsive force is generated at two points of the fitting hole, point A and point B. However, the repulsive force is set so as to be generated from the entire plane serving as the upper edge UE of the fitting hole. May be. An example of the potential map created in this way is shown in FIG. The point potential described as “Start” is the highest, and the potential at the point described as “Goal” is the lowest. The trajectory at the tip of the fitting foot fb1 to be inserted next moves from the Start point to the Goal point in order from the high potential to the low potential.
なお、嵌合穴の内壁に嵌合足が接触しても、内壁にならって嵌合足fb1(fb2)は適度な弾性変形を伴いながら内壁にならって挿入されるため、内壁は障害物として斥力を定義しない。また、Goal地点は、嵌合穴の幅と厚み方向の中心となる点とした。 Even if the fitting foot comes into contact with the inner wall of the fitting hole, the fitting foot fb1 (fb2) is inserted along with the inner wall with moderate elastic deformation following the inner wall. Do not define repulsion. Further, the Goal point is a point that becomes the center of the width and thickness direction of the fitting hole.
このようなポテンシャルフィールドは以下のような式で定義することができる。 Such a potential field can be defined by the following equation.
例えば、ρ(q,qgoal)はqとqgoalの2点間の距離を表している。α,m,β,nはそれぞれ,ポテンシャルフィールドの傾斜と高さを表しており、ユーザーが決定しなければならない係数である。本実施の形態では、これら4つのパラメータα,m,β,nを決定する際に第1の軌道O1を利用する。その結果決定された軌道は、第1の軌道O1と第2の軌道O2が合成された軌道O3となる。 For example, ρ (q, q goal ) represents the distance between two points q and q goal . α, m, β, and n represent the inclination and height of the potential field, and are coefficients that must be determined by the user. In the present embodiment, the first trajectory O1 is used when determining these four parameters α, m, β, and n. The trajectory determined as a result is a trajectory O3 in which the first trajectory O1 and the second trajectory O2 are combined.
上記4つのパラメータα,m,β,nは、第1の軌道O1と、任意のα,m,β,nで作成された第2の軌道O2との差Lを評価値として決定する。図15に示すようにStartからGoalまでの各点で第1の軌道O1と第2の軌道O2との差Lを計算し、それを合計しΣLを計算する。このΣLが小さくなるような4つのパラメータα,m,β,nを求める。 The above four parameters α, m, β, n determine the difference L between the first trajectory O1 and the second trajectory O2 created with arbitrary α, m, β, n as an evaluation value. As shown in FIG. 15, the difference L between the first trajectory O1 and the second trajectory O2 is calculated at each point from Start to Goal, and summed to calculate ΣL. Four parameters α, m, β, and n are calculated so that ΣL becomes small.
なお、これら4つのパラメータα,m,β,nを求める方法は、様々な探索計算、収束計算が考えられる。ここでは、その計算手法の1つとして、遺伝的アルゴリズムを利用した。遺伝的アルゴリズムは確率的な解の探索方法であり、準最適な解を実時間内に比較的簡単に得ることができる代表的な手法である。遺伝的アルゴリズムの計算方法については公知の内容であり本発明に関係ないため説明を割愛する。 In addition, various search calculations and convergence calculations can be considered as a method for obtaining these four parameters α, m, β, and n. Here, a genetic algorithm is used as one of the calculation methods. The genetic algorithm is a probabilistic solution search method, and is a representative method that can obtain a suboptimal solution relatively easily in real time. Since the calculation method of the genetic algorithm is a known content and is not related to the present invention, the description is omitted.
以上の方法で決定されたα,m,β,nにより作られたポテンシャルフィールドから、嵌合足f1bの先端の描く軌道が最終的に決定される。この軌道によって次の嵌合足fnを嵌合穴hnに挿入することで、挿入済の嵌合足fdに過度な負荷を与えることなくスムーズに次の嵌合足を挿入することが可能となり、結果、組立最中のワークWの破壊を防止することとなる。 From the potential field created by α, m, β, n determined by the above method, the trajectory drawn by the tip of the fitting foot f1b is finally determined. By inserting the next fitting foot fn into the fitting hole hn by this track, it becomes possible to smoothly insert the next fitting foot without applying an excessive load to the inserted fitting foot fd. As a result, destruction of the workpiece W during assembly is prevented.
また、第2ワークW2には嵌合穴hに図16に示すような嵌合足を挿入するためのガイド30が設けられているものがある。このような設計の第2ワークW2に対する嵌合足fの挿入軌道は、図16(b)のように生成する。ガイドがない場合との違いは、ポテンシャルフィールドを作成する際の障害物の位置がガイドの上縁の図中の点Cに設定されることにある。
Some of the second workpieces W2 are provided with
これによって生成される嵌合足先端の軌道は、図16(b)に点線で記載しているようにガイド30に接触しながら、ガイド30にならって嵌合穴hに挿入される軌道を作ることができる。このように軌道を作ると、挿入時の位置精度要求を低減し、より簡単に挿入することが可能である。以上が挿入軌道の決定方法(S3)である。
The generated track of the fitting foot tip forms a track that is inserted into the fitting hole h following the
上述した挿入順序の決定(S1)、組立フローの決定(S2)、挿入軌道の決定(S3)がオフラインで済めば、あとはそれに従ってとロボットコントローラ10がロボットアーム2を制御し、順番に組立動作を行う。実際の組立最中には、挿入軌道の決定で決定された挿入軌道に対して、力覚センサ5の検出値によってコンプライアンス制御により軌道の微修正がオンラインで行われる。
If the above-described insertion order determination (S1), assembly flow determination (S2), and insertion trajectory determination (S3) are completed off-line, the
[まとめ]
このように本実施の形態によれば、第1ワークW1が第2ワークW2に対して相対移動可能な組立自由度を、第1ワークW1が水平移動する方向について求め、求めた組立自由度に基づいて嵌合足fの挿入順序を評価している。これにより、例え、嵌合足fの強度が低くても、組立中に挿入済みの嵌合足fを破壊せずに多点嵌合組立を行うことができる。
[Summary]
Thus, according to the present embodiment, the degree of freedom of assembly in which the first work W1 can move relative to the second work W2 is obtained in the direction in which the first work W1 moves horizontally, and the obtained degree of freedom of assembly is obtained. Based on this, the insertion order of the fitting feet f is evaluated. Thereby, even if the strength of the fitting foot f is low, the multipoint fitting assembly can be performed without destroying the fitting foot f already inserted during the assembly.
また、第2番目の挿入ステップ以降に挿入される嵌合足の挿入軌道を演算するに際し、「挿入済みの嵌合足への負荷に基づいて演算された第1軌道」と、「挿入される嵌合足をその先端部が対応する嵌合穴の縁と接触させずに挿入可能な第2軌道」とを合成している。そして、この合成した軌道に従って第1ワークW1を第2ワークW2に対して位置制御することにより、挿入する嵌合足fnをスムーズに嵌合穴hnに挿入できる。また、挿入済みの嵌合足fdに生じる負荷を低減することができる。 Further, when calculating the insertion trajectory of the fitting foot inserted after the second insertion step, “the first trajectory calculated based on the load on the inserted fitting foot” and “inserted” The 2nd track | orbit which can be inserted, without making a fitting leg contact the edge of the fitting hole to which the front-end | tip corresponds is compounded. Then, by controlling the position of the first workpiece W1 with respect to the second workpiece W2 according to the synthesized track, the fitting foot fn to be inserted can be smoothly inserted into the fitting hole hn. Further, it is possible to reduce the load generated on the inserted fitting foot fd.
そして、これら嵌合足fの挿入順序の評価及び軌道の演算が相まって、嵌合足fを嵌合穴に挿入していく過程で、挿入済の嵌合足が塑性変形や破壊に至る過度な負荷がかかることを防止し、確実な組立を可能とすることができる。 In the process of inserting the fitting foot f into the fitting hole in combination with the evaluation of the insertion order of the fitting feet f and the calculation of the trajectory, the inserted fitting feet are excessively deformed or broken. It is possible to prevent the load from being applied and to enable reliable assembly.
なお、本実施の形態においては、第1ワークW1に嵌合足fを、第2ワークW2に嵌合穴hを形成したが、これら嵌合足f及び嵌合穴hは、第1及び第2ワークW1,W2のどちらに形成しても良く、当然に混在しても存在しても良い。この場合、ロボットアーム2は、第1及び第2ワークW1,W2のいずれか一方のワークを把持し、載置された他方のワークに組み付ける。
In the present embodiment, the fitting foot f is formed in the first workpiece W1, and the fitting hole h is formed in the second workpiece W2. The fitting foot f and the fitting hole h are the first and first fittings. It may be formed on either of the two workpieces W1 and W2, and naturally it may be mixed or present. In this case, the
また、嵌合足の材質は、SUSに限らず、プラスチックなどどのようなものを用いても良く、その形状は、板状のペグ、円形のボスに限らず、溝嵌合、ダボ嵌合など各種の嵌合形態を適用することができる。 Further, the material of the fitting foot is not limited to SUS, and any material such as plastic may be used. The shape is not limited to a plate-like peg or circular boss, but groove fitting, dowel fitting, etc. Various fitting forms can be applied.
更に、挿入順序選択工程において選択される挿入順序は、必ずしも組立自由度の総和/最後の嵌合足を挿入される際の組立自由度が最大値でなくとも、自動組立ロボット1が多点嵌合組立を可能な所定の値の範囲の挿入順序であれば、どれを選択しても良い。
Further, the insertion order selected in the insertion order selection step is not limited to the sum of the assembly degrees of freedom / the assembly freedom degree when the last fitting foot is inserted is not the maximum value, and the
また、嵌合足fの許容変形量は、嵌合足fの物理寸法データとヤング率などの物性データを記憶装置103に保存しておき、演算装置102で嵌合足の自由度を計算することにより求めても良い。この方法を用いると、ワークを製造する際のCADデータを転送することで、人手の手間をかけずに自由度を求めることができる。また、ロボットコントローラ10は、オフラインの演算機能を、別途構成されたサ−バー機に持たせても良い。
As for the allowable deformation amount of the fitting foot f, physical dimension data of the fitting foot f and physical property data such as Young's modulus are stored in the
更に、嵌合足fを嵌合穴hに挿入していく際は、嵌合足fの挿入長すべてを嵌合穴hに挿入せずに、挿入長の一部だけ浅く挿入しておくとよい。このような状態を維持して次の嵌合足を挿入することで、既に挿入した嵌合足と嵌合穴間で発生する嵌合物と被嵌合物の拘束をさらにゆるい状態で保持することができる。つまり、さらに簡単にロボットによる挿入動作を進めることができる。 Further, when the fitting foot f is inserted into the fitting hole h, if the insertion length of the fitting foot f is not inserted into the fitting hole h, only a part of the insertion length is inserted shallowly. Good. By maintaining the above state and inserting the next fitting foot, the restraint between the fitting and the fitting object generated between the already inserted fitting foot and the fitting hole is held in a looser state. be able to. That is, the insertion operation by the robot can be further facilitated.
1:自動組立ロボット、2:ロボットアーム、102:演算装置、l:嵌合足、W1:第1ワーク、W2:第2ワーク、O1:第1軌道、O2:第2軌道、P:基準点、CPR:組み立て手順演算プログラム、S3:軌道演算工程、S11:取得工程、S12:組立自由度演算工程、S14:除外工程、S16,18:評価工程,挿入順序選択工程 1: automatic assembly robot, 2: robot arm, 102: arithmetic unit, l: fitting foot, W1: first workpiece, W2: second workpiece, O1: first track, O2: second track, P: reference point , CPR: assembly procedure calculation program, S3: trajectory calculation step, S11: acquisition step, S12: assembly degree of freedom calculation step, S14: exclusion step, S16, 18: evaluation step, insertion order selection step
Claims (8)
前記演算装置が、この取得した許容変形量のデータに基づき、複数ある前記嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、順番に前記嵌合足を挿入していった際の各挿入ステップにおける前記第1及び第2ワークの許容された相対移動量を組立自由度として求める組立自由度演算工程と、
前記演算装置が、求めた組立自由度に基づいて前記複数ある嵌合足の挿入順序を評価する評価工程と、を備えた、
ことを特徴とするワークの組み立て手順演算方法。 Allowable deformation, which is the amount of deformation that can be deformed within the elastic range, for each of the fitting feet of the first and second workpieces that the computing device fits into the corresponding fitting holes and is assembled to each other. An acquisition step of acquiring data obtained at least in the horizontal direction;
Based on the acquired allowable deformation amount data, the arithmetic device inserts the fitting feet in order for each of the plurality of fitting feet insertion orders, and the first step in each insertion step. And an assembly degree-of-freedom calculation step for obtaining an allowable relative movement amount of the second workpiece as an assembly degree of freedom;
An evaluation step of evaluating the insertion order of the plurality of fitting feet based on the calculated degree of assembly freedom,
A workpiece assembly procedure calculation method characterized by the above.
請求項1記載のワークの組み立て手順演算方法。 The arithmetic unit obtains the sum of the assembly degrees of freedom determined in each of the insertion steps for each of the plurality of insertion orders of the plurality of fitting feet, and the assembly freedom is obtained from the sum of the plurality of assembly degrees of freedom thus obtained. Further comprising an insertion order selection step of selecting one of the insertion orders whose sum of degrees is equal to or greater than a predetermined value.
The work assembly procedure calculation method according to claim 1.
請求項1記載のワークの組み立て手順演算方法。 The arithmetic unit compares the degree of assembly freedom when the last fitting foot is inserted for each of the plurality of fitting feet insertion order, and the assembly freedom when the last fitting foot is inserted An insertion order selection step of selecting one of the insertion orders having a degree equal to or greater than a predetermined value;
The work assembly procedure calculation method according to claim 1.
請求項2又は3記載のワークの組み立て手順演算方法。 The arithmetic device further includes, before the insertion order selection step, an excluding step of excluding from the insertion order selection candidates the insertion order of the fitting feet whose assembly freedom is equal to or less than a predetermined threshold.
The work assembly procedure calculation method according to claim 2 or 3.
請求項1乃至4のいずれか1項記載のワークの組み立て手順演算方法。 When the arithmetic device calculates the insertion trajectory of the fitting foot inserted after the second insertion step, the arithmetic device is inserted with the first trajectory calculated based on the load on the already inserted fitting foot. A trajectory calculation step of combining and calculating a second trajectory that can be inserted without bringing the fitting foot into contact with the edge of the corresponding fitting hole at the tip portion;
The workpiece assembly procedure calculation method according to any one of claims 1 to 4.
前記基準点は、前記挿入済みの嵌合足が1本であるときは、この挿入済みの嵌合足と嵌合穴とが接する接点の近傍点、前記挿入済みの嵌合足が2本であるときは、これら挿入済の2本の嵌合足間の中間位置の近傍点、前記挿入済みの嵌合足が3本以上であるときは、これら挿入済みの嵌合足によって囲まれる領域内の点もしくその領域の近傍の点である、
請求項5記載のワークの組み立て手順演算方法。 The first trajectory is a trajectory generated when the first or second workpiece is rotated around a reference point to move the inserted fitting foot to a target position.
When the number of the inserted fitting feet is one, the reference point is a point in the vicinity of the contact point where the inserted fitting feet and the fitting holes contact each other, and the inserted fitting feet are two. When there is a point near the intermediate position between the two inserted fitting feet, and when there are three or more inserted fitting feet, within a region surrounded by the inserted fitting feet. Or a point in the vicinity of the region,
The work assembly procedure calculation method according to claim 5.
前記複数の嵌合足の水平方向における弾性域内で変形可能な変形量のデータに基づき、複数ある前記嵌合足の挿入順序のそれぞれについて、順番に前記嵌合足を挿入していった際の各挿入ステップにおける前記第1及び第2ワークの許容された相対移動量を組立自由度として求め、これら求めた組立自由度に基づいて前記複数ある嵌合足の挿入順序を評価する演算装置と、を備えた、
ことを特徴とする自動組立ロボット。 A robot arm that grips one of the first and second workpieces that are assembled to each other by fitting the corresponding fitting holes into the corresponding fitting holes, and is assembled to the other workpiece placed;
Based on the amount of deformation data that can be deformed within the elastic range in the horizontal direction of the plurality of fitting feet, for each of the insertion order of the plurality of fitting feet, when the fitting feet are inserted in order An arithmetic device that obtains an allowable relative movement amount of the first and second workpieces in each insertion step as an assembly freedom, and evaluates an insertion order of the plurality of fitting feet based on the obtained assembly freedom; With
An automatic assembly robot characterized by that.
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