JP2015223649A - ギヤ組み込みシステムおよびギヤ組み込み方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よくかつ容易にギヤを係合させること。【解決手段】実施形態の一態様に係るギヤ組み込みシステムは、ロボットと、制御装置とを備える。ロボットは、ギヤを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させてかかるギヤを取り付ける。制御装置は、ロボットの動作を制御する。また、制御装置は、判別部と、仮組み部と、微量回転部とを備える。判別部は、互いに係合しないギヤである第１ギヤおよび第２ギヤの間に係合される少なくとも１つの中間ギヤがあるか否かを判別する。仮組み部は、判別部によって中間ギヤがあると判別された場合に、ロボットに第１ギヤおよび第２ギヤを先行して取り付けさせた後、中間ギヤをかかる中間ギヤの取り付け位置へ仮組みさせる。微量回転部は、中間ギヤの仮組み後に、ロボットに第１ギヤおよび第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる。【選択図】図４Ｂ

Description

開示の実施形態は、ギヤ組み込みシステムおよびギヤ組み込み方法に関する。

従来、製品の製造ラインなどにおいて人によってなされていた所定の作業をロボットに行わせることで製造ラインの効率化を図るロボットシステムが種々提案されている。

かかるロボットシステムには、たとえば、ロボットに係合部品であるギヤを把持させながら、かかるギヤを他のギヤへ噛み合わせつつ係合させて製品へ組み込むものがある。

その一例として、特許文献１には、カメラによって撮像したギヤの係合部分とあらかじめ記憶部に記憶されたテンプレート画像との差異を収束させるようにロボットを制御することによってギヤを互いに係合させるロボット制御装置が開示されている。

特開２０１３−１４６８４４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、効率よくかつ容易にギヤを係合させるうえで更なる改善の余地がある。

具体的には、上述した従来技術では、互いに係合するギヤの係合部分それぞれにつき、テンプレート画像との差異を収束させるように繰り返しロボットを制御する必要があった。このため、ギヤの数が多ければ時間がかかるという点で難点があった。

また、カメラによって撮像される画像の画像処理とロボットの制御とを連動させる必要があるため、システム全体の処理が複雑化しやすいという点でも難点があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、効率よくかつ容易にギヤを係合させることができるギヤ組み込みシステムおよびギヤ組み込み方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るギヤ組み込みシステムは、ロボットと、制御装置とを備える。前記ロボットは、ギヤを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させて該ギヤを取り付ける。前記制御装置は、前記ロボットの動作を制御する。また、前記制御装置は、判別部と、仮組み部と、微量回転部とを備える。前記判別部は、互いに係合しない前記ギヤである第１ギヤおよび第２ギヤの間に係合される少なくとも１つの中間ギヤがあるか否かを判別する。前記仮組み部は、前記判別部によって前記中間ギヤがあると判別された場合に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤを先行して取り付けさせた後、前記中間ギヤを該中間ギヤの前記取り付け位置へ仮組みさせる。前記微量回転部は、前記中間ギヤの仮組み後に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる。

実施形態の一態様によれば、効率よくかつ容易にギヤを係合させることができる。

図１Ａは、実施形態に係るギヤ組み込みシステムの構成を示す平面模式図である。 図１Ｂは、ギヤが組み込まれるワークの一例を示す平面模式図である。 図２は、ロボットの構成の一例を示す斜視模式図である。 図３Ａは、ハンドの構成の一例を示す模式図である。 図３Ｂは、ロボットによるギヤの取り付け方の一例を示す模式図である。 図４Ａは、実施形態に係るギヤ組み込みシステムのブロック図である。 図４Ｂは、指示部の構成を示すブロック図である。 図５Ａは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その１）である。 図５Ｂは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その２）である。 図５Ｃは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その３）である。 図５Ｄは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その４）である。 図５Ｅは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その５）である。 図５Ｆは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その６）である。 図５Ｇは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その７）である。 図５Ｈは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その８）である。 図５Ｉは、ギヤの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その９）である。 図６Ａは、第１の変形例を示す模式図である。 図６Ｂは、第２の変形例を示す模式図である。 図７は、実施形態に係るギヤ組み込みシステムが実行する処理手順を示すフローチャートである。 図８は、その他の実施形態に係るギヤ組み込みシステムのブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するギヤ組み込みシステムおよびギヤ組み込み方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、説明の便宜上、ギヤ組み込みシステムが、被加工品（ワーク）へギヤを組み込む工程に特化したロボットシステムである場合を例に挙げて説明を行うが、一製品が完成に至るまでの部分的な工程の一例とみなしてよい。

また、ロボットが備えるロボットアームについては単に「アーム」と記載する場合がある。また、ロボットの「アーム」の先端に取り付けられるエンドエフェクタについては「ハンド」と記載する場合がある。

また、以下ではギヤについては、総称する場合には単に符号「Ｇ」を付し、複数のギヤを識別する必要がある場合には「Ｇ１」、「Ｇ２」、・・・のように符号「Ｇ」に付番を付して表現することとする。

図１Ａは、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１の構成を示す平面模式図である。なお、図１Ａには、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

図１Ａに示すように、ギヤ組み込みシステム１は、直方体状の作業スペースを形成するセル２を備える。また、ギヤ組み込みシステム１は、かかるセル２の内部に、ロボット１０と、作業台２０とを備える。

また、ギヤ組み込みシステム１は、セル２の外部に制御装置３０を備える。制御装置３０は、セル２内部に配置されたロボット１０と情報伝達可能に接続される。

ここで、制御装置３０は、ロボット１０の動作を制御するコントローラであり、種々の制御機器や演算処理装置、記憶装置などを含んで構成される。制御装置３０の具体的な構成については、図４Ａおよび図４Ｂを用いて後述する。

なお、図１Ａでは、１筐体の制御装置３０を示しているが、これに限られるものではなく、たとえば、制御対象とするロボット１０の各部位にそれぞれ対応付けた複数個の筐体で構成されてもよい。また、セル２の内部に配設されてもよい。

ロボット１０は、制御装置３０からの動作指示を受けて動作するマニュピレータであり、ギヤＧを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させて、かかるギヤＧをワークＷへ取り付ける。なお、ロボット１０の具体的な構成については、図２〜図３Ｂを用いて後述する。

作業台２０は、ロボット１０が、ギヤＧのワークＷへの組み込み作業を行う場所である。なお、作業台２０には、ワークＷのほか、組み込み前のギヤＧなどが配置される。

ここで、本実施形態におけるワークＷについて述べておく。図１Ｂは、ギヤＧが組み込まれるワークＷの一例を示す平面模式図である。図１Ｂに示すように、本実施形態におけるワークＷは、モータＭと、第１ギヤＧ１と、第２ギヤＧ２と、中間ギヤＧ３とがフレームＦの内部に組み込まれる被加工品であるものとする。

第１ギヤＧ１は、駆動源であるモータＭに連結される。したがって、第１ギヤＧ１は、モータＭに回転を規制される。第２ギヤＧ２は、第１ギヤＧ１と互いに係合しないギヤＧである。中間ギヤＧ３は、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２のそれぞれと噛み合って係合されるギヤＧである。

なお、図１Ｂでは、第１ギヤＧ１は、ウォームギヤホイールとしてモータＭに連結される場合を図示しているが、あくまで一例であり、第１ギヤＧ１がモータＭに連結される形態を限定するものではない。また、第１ギヤＧ１が連結されるのはモータＭのような駆動源に限らず、たとえば減速機であってもよい。

実施形態に係るギヤ組み込みシステム１では、このようなワークＷへギヤＧを組み込むにあたって、ロボット１０に互いに係合しない第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を先行して取り付けさせ、その後中間ギヤＧ３を所定の取り付け位置へ仮組みさせることとした。

そして、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２のうち、回転を規制されていない方のギヤＧである第２ギヤＧ２を、中間ギヤＧ３を係合させるようにロボット１０に微量回転させることとした。

また、ここで、中間ギヤＧ３が係合したか否かは、ロボット１０に加わる外力の変化に基づいて判定することとした。なお、外力の変化は、ロボット１０に設けられる力センサ１２（後述）によって検知される。

したがって、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１によれば、ギヤＧの数が多い場合であっても、カメラ等を用いて時間をかけることなくかつ処理を複雑化させることなくギヤＧを係合させることができる。すなわち、効率よくかつ容易にギヤＧを係合させることができる。

以下、図１Ｂに示したワークＷへギヤＧを組み込むものとして、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１の構成例をより具体的に説明する。なお、微量回転の対象となるギヤＧは、図１Ｂに示した第２ギヤＧ２であるものとして説明を進める。

まず、ロボット１０の具体的な構成について図２を用いて説明する。図２は、ロボット１０の構成の一例を示す斜視模式図である。

図２に示すように、ロボット１０は、たとえば単腕の垂直多関節型ロボットとして構成される。具体的には、ロボット１０は、手首部１０ａと、上方アーム部１０ｂと、下方アーム部１０ｃと、旋回ベース１０ｄと、基台部１０ｅと、支柱部１０ｆとを備える。

なお、以下では、ロボット１０の支柱部１０ｆが据え付けられる設置面側を「基端側」と呼び、各部材の基端側周辺を「基端部」と呼ぶ。また、ロボット１０の手首部１０ａ側を「先端側」と呼び、各部材の先端側周辺を「先端部」と呼ぶ。

手首部１０ａは、基端部を上方アーム部１０ｂによって支持される。上方アーム部１０ｂは、基端部を下方アーム部１０ｃによって支持され、先端部において手首部１０ａを支持する。

下方アーム部１０ｃは、基端部を旋回ベース１０ｄによって支持され、先端部において上方アーム部１０ｂを支持する。旋回ベース１０ｄは、基端部を基台部１０ｅによって支持され、先端部において下方アーム部１０ｃを支持する。

基台部１０ｅは、セル２（図１Ａ参照）の床面などに固定された支柱部１０ｆによって基端部を支持され、先端部において旋回ベース１０ｄを支持する。

また、手首部１０ａ〜基台部１０ｅの各連結部分である各関節部（図示せず）にはそれぞれサーボモータなどのアクチュエータが搭載されており、ロボット１０は、かかるアクチュエータの駆動によって多軸動作を行うことができる。

具体的には、手首部１０ａおよび上方アーム部１０ｂを連結する関節部のアクチュエータは、手首部１０ａを軸Ｂまわりに回動させる。また、上方アーム部１０ｂおよび下方アーム部１０ｃを連結する関節部のアクチュエータは、上方アーム部１０ｂを軸Ｕまわりに回動させる。

また、下方アーム部１０ｃおよび旋回ベース１０ｄを連結する関節部のアクチュエータは、下方アーム部１０ｃを軸Ｌまわりに回動させる。

また、旋回ベース１０ｄおよび基台部１０ｅを連結する関節部のアクチュエータは、旋回ベース１０ｄを軸Ｓまわりに回動させる。

また、ロボット１０は、手首部１０ａの先端部を軸Ｔまわりに、上方アーム部１０ｂを軸Ｒまわりに、それぞれ回動させるアクチュエータをさらに備える。

すなわち、ロボット１０は、軸Ｓ，Ｌ，Ｕ，Ｒ，Ｂ，Ｔの６軸を有する。そして、ロボット１０は、制御装置３０からの動作指示に基づき、かかる６軸を組み合わせた多様な多軸動作を行うことができる。制御装置３０からの動作指示は、たとえば、前述のアクチュエータそれぞれを動作させるパルス信号として出力される。

なお、手首部１０ａの先端部にはハンド１１（後述）が取り付けられる。次に、このハンド１１について説明する。

図３Ａは、ハンド１１の構成の一例を示す模式図である。また、図３Ｂは、ロボット１０によるギヤＧの取り付け方の一例を示す模式図である。

図３Ａに示すように、ハンド１１は、基部１１ａと、把持部１１ｂとを備え、上述のように手首部１０ａの先端部に取り付けられる。したがって、ハンド１１は、かかる手首部１０ａの先端部とともに、手首部１０ａに搭載されたアクチュエータであるサーボモータＳＭによって軸Ｔまわりに回動することが可能である。

基部１１ａは、ハンド１１のベース部材であり、把持部１１ｂを開閉させる開閉機構を含む。把持部１１ｂは、かかる開閉機構によって互いに接近する向きあるいは遠ざかる向きに開閉可能に設けられた１組の把持爪である（図中の矢印３０１参照）。

把持部１１ｂは、この１組の把持爪の間に対象物（本実施形態では、ギヤＧ）を挟み付けることによって、かかる対象物を把持することが可能である。また、把持部１１ｂは、たとえば先端を対象物に押し付けることによって、かかる対象物を押圧することが可能である。

また、ハンド１１には、力センサ１２が設けられる。力センサ１２は、ハンド１１へ加わる外力を検知する力覚センサであり、たとえば図３Ａに示すように、手首部１０ａとハンド１１との間に装着される。かかる力センサ１２は、たとえば、３次元の３方向から加わる力と、かかる３方向のねじれ方向へ加わる力とを計測可能な６軸センサとして構成される。

そして、ロボット１０は、制御装置３０からの動作指示に基づき、上述のように構成されたハンド１１を用いてギヤＧを把持しながら、かかるギヤＧを所定の取り付け位置へ移動させて、かかる取り付け位置においてギヤＧを取り付ける動作を行う。

具体的には、たとえば図３Ｂに示すように、ロボット１０は、ギヤＧの中央部に形成された中空構造の突起部を把持部１１ｂによって把持しながら、所定の取り付け位置へギヤＧを移動させる。ここで、所定の取り付け位置には、たとえばシャフトピンＰが立設されており、ロボット１０は、かかるシャフトピンＰをギヤＧの突起部に挿通させるようにギヤＧを移動させることで、ギヤＧを取り付ける（図中の矢印３０２参照）。

次に、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１の構成について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１のブロック図である。また、図４Ｂは、指示部３１ａの構成を示すブロック図である。

なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、ギヤ組み込みシステム１の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

また、図４Ａおよび図４Ｂを用いた説明では、主として制御装置３０の内部構成について説明することとし、これまで既に説明した構成要素については説明を簡略化するか省略する場合がある。

図４Ａに示すように、制御装置３０は、制御部３１と、記憶部３２とを備える。制御部３１は、指示部３１ａと、力覚情報取得部３１ｂと、判定部３１ｃとをさらに備える。

記憶部３２は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、ギヤ組情報３２ａと、教示情報３２ｂとを記憶する。

なお、図４Ａに示す制御装置３０の各構成要素は、すべてが制御装置３０単体に配置されなくともよい。たとえば、記憶部３２の記憶するギヤ組情報３２ａや教示情報３２ｂを、ロボット１０が有する内部メモリに記憶させてもよい。また、制御装置３０の上位装置が記憶し、上位装置から制御装置３０が適宜取得してもよい。

制御部３１は、制御装置３０の全体制御を行う。指示部３１ａは、あらかじめ登録されたギヤ組情報３２ａおよび教示情報３２ｂに基づき、アーム１０ａ〜１０ｄ、ハンド１１および力センサ１２を含むロボット１０を動作させる動作信号を生成して、ロボット１０へ向け出力する。なお、アーム１０ａ〜１０ｄは、上述の手首部１０ａ、上方アーム部１０ｂ、下方アーム部１０ｃ、旋回ベース１０ｄに対応する。

ここで、ギヤ組情報３２ａは、ギヤＧの組み合わせに関する情報であり、たとえばギヤＧ１〜Ｇ３それぞれの取り付け位置や、相対的な位置関係、ギヤ径およびギヤ比といった情報を含む。また、教示情報３２ｂは、ロボット１０を動作させる特定のプログラムである「ジョブ」を含む情報である。

指示部３１ａは、かかるギヤ組情報３２ａ、教示情報３２ｂおよび後述の判定部３１ｃから渡される判定結果に基づいてロボット１０の動作態様を決定し、上述の動作信号を生成する。

なお、動作信号は、たとえば、ロボット１０が、その各関節部に搭載するアクチュエータであるサーボモータ（たとえば、前述のサーボモータＳＭなど）へのパルス信号として生成される。

かかる指示部３１ａの構成についてさらに具体的に説明する。図４Ｂに示すように、指示部３１ａは、解析部３１ａａと、ギヤ組判別部３１ａｂと、仮組み部３１ａｃと、微量回転部３１ａｄと、押圧部３１ａｅと、動作信号生成部３１ａｆとをさらに備える。

解析部３１ａａは、教示情報３２ｂを読み込んで前述の「ジョブ」を解析し、仮組み部３１ａｃ、微量回転部３１ａｄおよび押圧部３１ａｅのそれぞれへ対応する命令を渡す。

ギヤ組判別部３１ａｂは、ギヤ組情報３２ａに基づき、互いに係合しないギヤＧである第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合される中間ギヤＧ３があるか否かを判別する。また、ギヤ組判別部３１ａｂは、中間ギヤＧ３があると判別した場合、仮組み部３１ａｃに対し、ロボット１０に中間ギヤＧ３の仮組みを行わせるように指示する。

なお、中間ギヤＧ３が必ず存在する場合に特化したギヤ組み込みを行う場合、ギヤ組判別部３１ａｂは、ギヤ組情報３２ａによることなく、仮組み部３１ａｃに対し、ロボット１０に中間ギヤＧ３の仮組みを行わせるように固定的に指示するようにしてもよい。

仮組み部３１ａｃは、解析部３１ａａから渡された命令とギヤ組判別部３１ａｂからの指示に基づき、ロボット１０に中間ギヤＧ３の仮組みを行わせる動作信号を生成するように動作信号生成部３１ａｆへ指示する。

具体的には、仮組み部３１ａｃは、ロボット１０に第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を先行して取り付けさせた後、ロボット１０に中間ギヤＧ３をかかる中間ギヤＧ３の取り付け位置へ仮組みさせる動作信号を動作信号生成部３１ａｆへ生成させる。

また、仮組み部３１ａｃは、微量回転部３１ａｄに対し、ロボット１０に第２ギヤＧ２の微量回転を行わせるように指示する。

微量回転部３１ａｄは、解析部３１ａａから渡された命令と仮組み部３１ａｃからの指示に基づき、ロボット１０に第２ギヤＧ２の微量回転を行わせる動作信号を生成するように動作信号生成部３１ａｆへ指示する。

具体的には、微量回転部３１ａｄは、中間ギヤＧ３が仮組みされた後に、ロボット１０に第２ギヤＧ２を微量回転させる動作信号を動作信号生成部３１ａｆへ生成させる。

また、微量回転部３１ａｄは、後述の判定部３１ｃから、中間ギヤＧ３が係合されていない、または、中間ギヤＧ３が係合されたとみなされたものの正常に係合されていないとの判定結果を受けた場合に、改めてロボット１０に第２ギヤＧ２の微量回転を行わせる。

押圧部３１ａｅは、解析部３１ａａから渡された命令と判定部３１ｃからの判定結果に基づき、ロボット１０に中間ギヤＧ３の押圧を行わせる動作信号を生成するように動作信号生成部３１ａｆへ指示する。

具体的には、押圧部３１ａｅは、判定部３１ｃによって中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合されたとみなされたならば、ロボット１０に中間ギヤＧ３を回転軸方向から押圧させる動作信号を動作信号生成部３１ａｆへ生成させる。

動作信号生成部３１ａｆは、仮組み部３１ａｃ、微量回転部３１ａｄおよび押圧部３１ａｅそれぞれからの指示に基づいてロボット１０を動作させる動作信号を生成し、ロボット１０へ出力する。

なお、指示部３１ａは、ギヤ組判別部３１ａｂによって中間ギヤＧ３がないと判別された場合には、ロボット１０に第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を直接係合させる動作信号を動作信号生成部３１ａｆへ生成させる。

図４Ａの説明に戻り、力覚情報取得部３１ｂについて説明する。力覚情報取得部３１ｂは、力センサ１２によって検知された、ハンド１１へ加わる外力に関する検知結果を取得して判定部３１ｃへ渡す。

判定部３１ｃは、力覚情報取得部３１ｂから渡された検知結果に基づき、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合されたか否か、または、係合された場合に正常に係合されたか否かを判定する。

具体的には、判定部３１ｃは、微量回転部３１ａｄがロボット１０に第２ギヤＧ２を微量回転させる間にロボット１０へ加わる外力の変化に基づき、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合されたか否かを判定する。

たとえば、本実施形態のように第１ギヤＧ１がモータＭによって回転を規制された状態において、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に噛み合って係合された場合、力覚情報取得部３１ｂは、外力が大きく変化する検知結果を取得することになる。

判定部３１ｃは、たとえば、かかる検知結果における変化量が所定の閾値を超えるものであれば、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合されたものとみなす。

また、判定部３１ｃは、押圧部３１ａｅがロボット１０に中間ギヤＧ３を押圧させた際にロボット１０へ加わる外力に基づいて中間ギヤＧ３が正常に係合されたか否かを判定する。

具体的には、判定部３１ｃは、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に係合されたとみなされたものの、浮きやガタつきなどの係合不良が生じていないかを、中間ギヤＧ３を押圧させた際の外力がたとえば所定の閾値を超えるか否かによって判定する。

次に、ギヤ組み込みシステム１におけるギヤＧの組み込み動作の一連の手順について、図５Ａ〜図５Ｉを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｉは、ギヤＧの組み込み動作の一連の手順を示す模式図（その１）〜（その９）である。なお、かかる組み込み動作は、上述のように構成される制御装置３０によって制御されることとなる。

まず、ギヤＧが組み込まれる前のワークＷを図５Ａに示した。図５Ａに示すように、ギヤＧが組み込まれる前では、ワークＷのフレームＦ内に既にモータＭが組み込み済みであるものとする。また、第１ギヤＧ１の取り付け位置にはシャフトピンＰ１が、第２ギヤＧ２の取り付け位置にはシャフトピンＰ２が、中間ギヤＧ３の取り付け位置にはシャフトピンＰ３が、それぞれあらかじめ設けられているものとする。

かかる状態のワークＷへギヤＧの組み込み動作を行うにあたり、まず仮組み部３１ａｃが、ロボット１０に先行して第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を取り付けさせた後、ロボット１０に中間ギヤＧ３を仮組みさせる。

具体的には、図５Ｂに示すように、まず仮組み部３１ａｃは、ロボット１０に把持部１１ｂによって第１ギヤＧ１を把持させつつシャフトピンＰ１の位置まで移動させ、モータＭに連結させながら第１ギヤＧ１をシャフトピンＰ１に取り付けさせる（図中の矢印５０１参照）。

つづいて、仮組み部３１ａｃは、図５Ｃに示すように、ロボット１０に把持部１１ｂによって第２ギヤＧ２を把持させつつシャフトピンＰ２の位置まで移動させ、第２ギヤＧ２をシャフトピンＰ２に取り付けさせる（図中の矢印５０２参照）。

そして、仮組み部３１ａｃは、図５Ｄに示すように、ロボット１０に把持部１１ｂによって中間ギヤＧ３を把持させつつシャフトピンＰ３の位置まで移動させる（図中の矢印５０３参照）。

そして、仮組み部３１ａｃは、図５Ｅに示すように、ロボット１０に中間ギヤＧ３を第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に仮組みさせる。ここで言う「仮組み」は、図５Ｆに示すように、シャフトピンＰ３を中間ギヤＧ３に挿入させるものの、中間ギヤＧ３を第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２に噛み合わせることなく、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の上に仮置きすることを指す。

なお、図５Ｆでは、説明を分かりやすくする観点から、中間ギヤＧ３の一部を点状のパターンで塗りつぶして示した。この点は、後ほど示す図５Ｈおよび図５Ｉにおいても同様とする。

このように中間ギヤＧ３が仮組みされた状態において、次に微量回転部３１ａｄが、ロボット１０に第２ギヤＧ２を微量回転させる。具体的には、図５Ｇに示すように、微量回転部３１ａｄは、ロボット１０に把持部１１ｂによって第２ギヤＧ２を把持させつつ、シャフトピンＰ２まわりに微量回転させる（図中の矢印５０４参照）。

これにより、第２ギヤＧ２と中間ギヤＧ３との間の相対的な位置関係をずらし、図５Ｈに示すように、自重によって中間ギヤＧ３を第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に落とすことによって（図中の矢印５０５参照）、中間ギヤＧ３を第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２に係合させることができる。

このとき、微量回転部３１ａｄは、第２ギヤＧ２を周方向に沿って揺動させつつ微量回転させることが好ましい。これにより、仮組みされて自由状態にある中間ギヤＧ３をも動かしやすくすることができるので、第２ギヤＧ２と中間ギヤＧ３との間の相対的な位置関係をずらしやすくでき、中間ギヤＧ３を係合させやすくすることができる。

なお、中間ギヤＧ３が第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２に噛み合って係合したことは、既に述べたように力センサ１２の検知結果に基づき、判定部３１ｃによって判定される。

そして次に、図５Ｉに示すように、押圧部３１ａｅが、ロボット１０に把持部１１ｂによって中間ギヤＧ３をかかる中間ギヤＧ３の回転軸方向から押圧させる（図中の矢印５０６参照）。

これにより、中間ギヤＧ３を第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間に確実に押し込んで係合させることができるとともに、この押圧の際の力センサ１２の検知結果によって、正常に中間ギヤＧ３が係合したか否かを判定部３１ｃが判定することができる。

ところで、これまでは、ワークＷへギヤＧを３つ組み込む場合を例に挙げて説明してきたが、実施形態に係るギヤ組み込み手法は、ギヤＧを４つ以上組み込む場合にも適用可能である。かかる場合を第１の変形例および第２の変形例として、それぞれ順に図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。

図６Ａは、第１の変形例を示す模式図であり、図６Ｂは、第２の変形例を示す模式図である。なお、第１の変形例および第２の変形例では、それぞれ４つのギヤＧを組み込むものとする。

図６Ａに示すように、ワークＷ−Ａへ４つのギヤＧを組み込む場合、基本的にはこれまで説明してきたように両端のギヤＧをそれぞれ第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２とし、これらを先行してワークＷ−Ａへ取り付ければよい。

そして、これら第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の間の２つのギヤＧをそれぞれ中間ギヤＧ３およびＧ４として仮組みし、第２ギヤＧ２を微量回転部３１ａｄによる微量回転の対象とすればよい（図中の第２ギヤＧ２を指す「○」印参照）。

これにより、ギヤＧの数が多い場合であっても、時間をかけることなくギヤＧを容易に係合させることが可能となる。

ただし、図６Ｂに示すワークＷ−Ｂの場合のように、第１ギヤＧ１に対して最遠端に位置するギヤＧ２’が、これと係合するギヤＧとのギヤ比において大きい場合、かかるギヤＧ２’を微量回転部３１ａｄによる微量回転の対象としない方が好ましい（図中のギヤＧ２’を指す「×」印参照）。

これは、かかるギヤＧ２’を微量回転させた場合、ギヤＧ２’としては微量回転であっても、ギヤＧ２’よりもギヤ比の小さいギヤＧは増速されかつ回転量も大きくなるので、ギヤＧ２’、ギヤＧ２、ギヤＧ３の順に係合していった場合、ギヤＧ３を係合させにくいためである。

したがって、この場合、ギヤＧ２’に係合するギヤＧを第２ギヤＧ２として、微量回転部３１ａｄによる微量回転の対象とすればよい（図中の第２ギヤＧ２を指す「○」印参照）。

かかる場合、具体的には、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を先行して取り付け、つづいて中間ギヤＧ３を仮組みして、微量回転部３１ａｄによって第２ギヤＧ２を微量回転させればよい。

これにより、まずは第１ギヤＧ１、第２ギヤＧ２および中間ギヤＧ３を係合させることができる。そして、このように第１ギヤＧ１、第２ギヤＧ２および中間ギヤＧ３を係合させた後、ギヤＧ２’を把持部１１ｂによって把持しつつ、第２ギヤＧ２に係合させながらギヤＧ２’を取り付けるようにロボット１０を動作させればよい。

かかる第２の変形例によっても、中間ギヤＧ３については第２ギヤＧ２を微量回転させることによって容易に取り付けることができるので、ワークＷ−Ｂへ時間をかけることなく容易にギヤＧを組み込むことが可能となる。

このように、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１では、第１ギヤＧ１、第２ギヤＧ２および中間ギヤＧ３（あるいはＧ４）のギヤ比に基づき、微量回転部３１ａｄに、微量回転させるギヤＧを決定させることができる。

次に、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１が実行する処理手順について図７を用いて説明する。図７は、実施形態に係るギヤ組み込みシステム１が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、まずギヤ組判別部３１ａｂが、中間ギヤＧ３があるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。ここで、中間ギヤＧ３があると判別された場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、仮組み部３１ａｃが、ロボット１０に第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を先行して取り付けさせる（ステップＳ１０２）。

そして、仮組み部３１ａｃが、ロボット１０に中間ギヤＧ３をかかる中間ギヤＧ３の取り付け位置へ仮組みさせる（ステップＳ１０３）。

つづいて、微量回転部３１ａｄが、ロボット１０に第２ギヤＧ２を微量回転させる（ステップＳ１０４）。そして、判定部３１ｃが、微量回転の間にロボット１０にかかる外力の変化に基づいて中間ギヤＧ３の係合を判定する（ステップＳ１０５）。

ここで、中間ギヤＧ３が係合したとみなされる場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、押圧部３１ａｅが、ロボット１０に中間ギヤＧ３を回転軸方向から押圧させる（ステップＳ１０７）。なお、中間ギヤＧ３が係合したとみなされる外力の変化がない場合には（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、ステップＳ１０４からの処理が繰り返される。

そして、判定部３１ｃは、ステップＳ１０７の押圧の際の外力の変化に基づいて中間ギヤＧ３の係合の良否を判定する（ステップＳ１０８）。

そして、中間ギヤＧ３が正常に係合したと判定された場合（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、処理を終了する。また、ステップＳ１０９の判定条件を満たさない場合には（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１０４からの処理が繰り返される。

また、ステップＳ１０１の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、指示部３１ａが、ロボット１０に第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２を係合させた後（ステップＳ１１０）、処理を終了する。

なお、これまでは、第１ギヤＧ１がモータＭに回転を規制された状態である場合を例に挙げて説明してきたが、互いに係合しない第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２は、少なくとも一方が必ずしもこのように回転を規制されなくともよい。

したがって、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２がいずれも自由状態で取り付けられていてもよい。この場合、たとえば第１ギヤＧ１が回転を規制されている場合に比して、力センサ１２によって取得される外力の変化は小さくなるものの、中間ギヤＧ３の係合の判定に用いられる閾値を適したものにしておくことで対応可能である。

また、この場合には、微量回転の対象とするギヤＧは、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２のいずれであってもよい。また、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２をともに微量回転させることとしてもよい。したがって、第１ギヤＧ１および第２ギヤＧ２の少なくともいずれかを微量回転させればよい。

上述してきたように、実施形態に係るギヤ組み込みシステムは、ロボットと、制御装置とを備える。ロボットは、ギヤを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させてかかるギヤを取り付ける。制御装置は、ロボットの動作を制御する。

また、制御装置は、判別部と、仮組み部と、微量回転部とを備える。判別部は、互いに係合しないギヤである第１ギヤおよび第２ギヤの間に係合される少なくとも１つの中間ギヤがあるか否かを判別する。

仮組み部は、判別部によって中間ギヤがあると判別された場合に、ロボットに第１ギヤおよび第２ギヤを先行して取り付けさせた後、中間ギヤをかかる中間ギヤの取り付け位置へ仮組みさせる。

微量回転部は、中間ギヤの仮組み後に、ロボットに第１ギヤおよび第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる。

したがって、実施形態に係るギヤ組み込みシステムによれば、効率よくかつ容易にギヤを係合させることができる。

（その他の実施形態）
ところで、これまでは、力センサの計測値に基づいて外力の変化を取得する場合を例に挙げて説明を行ったが、必ずしも力センサによらなくともよく、たとえばロボットの関節部に搭載されたサーボモータからフィードバックされるトルク指令値に基づくこととしてもよい。

かかる場合をその他の実施形態として図８に示す。図８は、その他の実施形態に係るギヤ組み込みシステム１−Ａのブロック図である。なお、図８は、既に示した図４Ａに対応しているため、ここでは実施形態に係るギヤ組み込みシステム１と異なる部分について主に説明する。

図８に示すように、ギヤ組み込みシステム１−Ａの制御装置３０−Ａは、力覚情報取得部３１ｂ（図４Ａ参照）に代わり、トルク情報取得部３１ｄを備える点が上述したギヤ組み込みシステム１とは異なる。

トルク情報取得部３１ｄは、たとえばサーボモータＳＭ（図３Ａ参照）からフィードバックされるトルク指令値を取得して、取得結果を判定部３１ｃへ渡す。判定部３１ｃは、トルク情報取得部３１ｄからの取得結果に基づいて中間ギヤＧ３が係合されたか、または、係合されたとみなされたものの正常に係合されたか否かを判定する。

なお、ここでトルク情報取得部３１ｄが取得するトルク指令値は、サーボモータＳＭのものに限らなくともよい。少なくとも、ロボット１０がその関節部に搭載するサーボモータのいずれかであればよい。

かかるその他の実施形態に係るギヤ組み込みシステム１−Ａによれば、効率よくかつ容易にギヤを係合させることができるだけでなく、力センサ１２（図４Ａ参照）を必要としないので、低コスト化にも資することができる。

また、上述した各実施形態では、ギヤ組判別部がギヤ組情報に基づいてギヤの組み合わせを判別することとしたが、たとえばギヤ比の違いなどは、ロボットが把持部によってギヤを把持し、把持部の間隔に基づいて計測することとしてもよい。そして、微量回転部は、かかる計測されたギヤ比に応じて、微量回転の対象とするギヤを決定してもよい。

また、上述した各実施形態では、ロボットが６軸の単腕ロボットである例を示したが、軸数や腕の数を限定するものではない。したがって、たとえば、７軸ロボットや双腕ロボットなどを用いてもよい。

また、上述した制御装置は、たとえば、コンピュータで構成することができる。この場合、制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部は、メモリである。また、制御部の各機能は、あらかじめ作成されたプログラムを制御部へロードして実行させることによって実現することができる。あるいは、制御部の各機能は、その全部または任意の一部が、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１−Ａ ギヤ組み込みシステム
２ セル
１０ ロボット
１０ａ 手首部（アーム）
１０ｂ 上方アーム部（アーム）
１０ｃ 下方アーム部（アーム）
１０ｄ 旋回ベース（アーム）
１０ｅ 基台部
１０ｆ 支柱部
１１ ハンド
１１ａ 基部
１１ｂ 把持部
１２ 力センサ
２０ 作業台
３０、３０−Ａ 制御装置
３１ 制御部
３１ａ 指示部
３１ａａ 解析部
３１ａｂ ギヤ組判別部（判別部）
３１ａｃ 仮組み部
３１ａｄ 微量回転部
３１ａｅ 押圧部
３１ａｆ 動作信号生成部
３１ｂ 力覚情報取得部
３１ｃ 判定部
３１ｄ トルク情報取得部
３２ 記憶部
３２ａ ギヤ組情報
３２ｂ 教示情報
Ｂ 軸
Ｆ フレーム
Ｇ ギヤ
Ｇ１ 第１ギヤ（ギヤ）
Ｇ２ 第２ギヤ（ギヤ）
Ｇ２’ ギヤ
Ｇ３ 中間ギヤ（ギヤ）
Ｇ４ 中間ギヤ
Ｌ 軸
Ｍ モータ
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ３ シャフトピン
Ｒ 軸
Ｓ 軸
ＳＭ サーボモータ
Ｔ 軸
Ｕ 軸
Ｗ、Ｗ−Ａ、Ｗ−Ｂ ワーク

Claims (9)

1. ギヤを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させて該ギヤを取り付けるロボットと、
   前記ロボットの動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   互いに係合しない前記ギヤである第１ギヤおよび第２ギヤの間に係合される少なくとも１つの中間ギヤがあるか否かを判別する判別部と、
   前記判別部によって前記中間ギヤがあると判別された場合に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤを先行して取り付けさせた後、前記中間ギヤを該中間ギヤの前記取り付け位置へ仮組みさせる仮組み部と、
   前記中間ギヤの仮組み後に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる微量回転部と
   を備えることを特徴とするギヤ組み込みシステム。
2. 前記微量回転部が前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる間に前記ロボットへ加わる外力の変化に基づき、前記中間ギヤが前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの間に係合されたか否かを判定する判定部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のギヤ組み込みシステム。
3. 前記ロボットは、
   前記ギヤを把持するエンドエフェクタと、
   該エンドエフェクタへ加わる前記外力を計測する力センサと
   を備え、
   前記判定部は、
   前記力センサの計測値に基づいて前記外力の変化を取得すること
   を特徴とする請求項２に記載のギヤ組み込みシステム。
4. 前記ロボットは、
   前記ギヤを把持するエンドエフェクタと、
   該エンドエフェクタを回転させるサーボモータと
   を備え、
   前記判定部は、
   前記サーボモータからのトルク指令値に基づいて前記外力の変化を取得すること
   を特徴とする請求項２に記載のギヤ組み込みシステム。
5. 前記第１ギヤおよび前記第２ギヤのいずれか一方は、駆動源または減速機に連結されて回転を規制され、
   前記微量回転部は、
   前記第１ギヤおよび前記第２ギヤのうち回転を規制されていない方を微量回転させること
   を特徴とする請求項２、３または４に記載のギヤ組み込みシステム。
6. 前記微量回転部は、
   前記第１ギヤ、前記第２ギヤおよび前記中間ギヤのギヤ比に基づいて微量回転させる前記ギヤを決定すること
   を特徴とする請求項２、３または４に記載のギヤ組み込みシステム。
7. 前記微量回転部は、
   前記ロボットに前記ギヤを周方向に沿って揺動させつつ微量回転させること
   を特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のギヤ組み込みシステム。
8. 前記判定部によって前記中間ギヤが前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの間に係合されたと判定されたならば、前記ロボットに前記中間ギヤを該中間ギヤの回転軸方向から押圧させる押圧部
   をさらに備え、
   前記判定部は、
   前記押圧部が前記ロボットに前記中間ギヤを押圧させた際に前記ロボットへ加わる前記外力に基づいて前記中間ギヤが正常に係合されたか否かを判定すること
   を特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載のギヤ組み込みシステム。
9. 制御装置によって動作を制御されつつギヤを把持しながら所定の取り付け位置へ移動させて該ギヤを取り付けるロボットを用いたギヤ組み込み方法であって、
   互いに係合しない前記ギヤである第１ギヤおよび第２ギヤの間に係合される少なくとも１つの中間ギヤがあるか否かを判別する判別工程と、
   前記判別工程によって前記中間ギヤがあると判別された場合に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤを先行して取り付けさせた後、前記中間ギヤを該中間ギヤの前記取り付け位置へ仮組みさせる仮組み工程と、
   前記中間ギヤの仮組み後に、前記ロボットに前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの少なくともいずれかを微量回転させる微量回転工程と
   を含むことを特徴とするギヤ組み込み方法。
   

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