JP2018192535A - 部品嵌合方法及び部品嵌合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクチュエータの可動部に加わる外力を正しく検出でき、当該外力に基づいて第1部品を第2部品に嵌合する組立作業を可能とする。【解決手段】固定部101及び可動部102を有するアクチュエータ1と、固定部101の加速度を検出する加速度検出部8と、固定部101に対する可動部102の位置を検出する位置検出部6と、位置検出部6により検出された位置と基準位置Prとの差分に対するゲインを調整するゲイン調整部10と、加速度検出部8により検出された加速度とゲイン調整部10により調整されたゲインに基づき、可動部102に加わる外力Fを検出する外力検出部15と、外力検出部15により検出された外力Fに基づき、アクチュエータ1を駆動する作業制御部5とを備えた。【選択図】図1
Description
この発明は、第1部品を第2部品に嵌合する部品嵌合方法及び部品嵌合装置に関する。
従来から、ピン等を挿入する組立作業において、部品を破損させずに嵌合させる方法が提案されている(例えば特許文献1−3参照)。この特許文献1では、嵌合軸部品を、被嵌合部品の穴周辺のテーパ部へ当てて押込む組立作業において、嵌合軸部品をばね支持することで、テーパにならって嵌合させる方法が提案されている。また、特許文献2,3では、力センサで検出された力を基に、穴に押込む軸の向きを変えたり、ワークが破損する前に停止したりする方法が提案されている。
また、従来から、コネクタ等の組立作業において、組立判定を行う方法が提案されている(例えば特許文献4,5参照)。この特許文献4,5では、コネクタの爪をカメラで撮影し、嵌合の合否判定をする方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、被嵌合部品以外にテーパをつけた冶具を用意する必要があり、機構が大掛かりになるという課題がある。また、嵌合軸部品が柔らかい樹脂部品等である場合には、当該嵌合軸部品をテーパに当てた際に傷が付いたり破損する恐れがある。
また、特許文献2,3に開示された方法では、力センサ自体の剛性が高く、接触を検知しても制動時間の間に停止できなければワークを破損してしまうという課題がある。そのため、動作を遅くせざるを得ず、サイクルタイムが延びる。
また、特許文献4,5に開示された方法では、嵌合状態をカメラで撮影できない場合には適用できないという課題がある。
また、特許文献2,3に開示された方法では、力センサ自体の剛性が高く、接触を検知しても制動時間の間に停止できなければワークを破損してしまうという課題がある。そのため、動作を遅くせざるを得ず、サイクルタイムが延びる。
また、特許文献4,5に開示された方法では、嵌合状態をカメラで撮影できない場合には適用できないという課題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アクチュエータの可動部に加わる外力を正しく検出でき、当該外力に基づいて第1部品を第2部品に嵌合する組立作業が可能な部品嵌合装置を提供することを目的としている。
この発明に係る部品嵌合装置は、固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、固定部の加速度を検出する加速度検出部と、固定部に対する可動部の位置を検出する位置検出部と、位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対するゲインを調整するゲイン調整部と、加速度検出部により検出された加速度とゲイン調整部により調整されたゲインに基づき、可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、外力検出部により検出された外力に基づき、アクチュエータを駆動する作業制御部とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、上記のように構成したので、アクチュエータの可動部に加わる外力を正しく検出でき、当該外力に基づいて第1部品を第2部品に嵌合する組立作業が可能である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る部品嵌合装置の構成例を示す図である。
部品嵌合装置は、部品(第1部品)50aを部品(第2部品)50bに嵌合する組立作業を行う装置である。この部品嵌合装置は、図1に示すように、アクチュエータ1、エンドエフェクタ2、移動部3、外力検出制御部4及び作業制御部5を備えている。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る部品嵌合装置の構成例を示す図である。
部品嵌合装置は、部品(第1部品)50aを部品(第2部品)50bに嵌合する組立作業を行う装置である。この部品嵌合装置は、図1に示すように、アクチュエータ1、エンドエフェクタ2、移動部3、外力検出制御部4及び作業制御部5を備えている。
アクチュエータ1は、磁界に置かれたコイルに電流が供給されることで、固定部101に対して可動部102を直動方向又は回転方向に変位可能とする。このアクチュエータ1は、移動部3に取付けられており、全体が移送され、また、姿勢が変更される。なお、可動部102又はエンドエフェクタ2が複数方向の自由度を持ち、アクチュエータ1全体の移送及び姿勢の変更が不要である場合、移動部3はなくてもよい。以下では、移動部3を使用する場合を記述する。
エンドエフェクタ2は、可動部102に取付けられ、部品50aを保持する。図1では、エンドエフェクタ2として、部品50aを把持するグリッパ(ハンド)が用いられている。なお、エンドエフェクタ2としては、グリッパ以外にも、例えば、部品50aを吸着する吸着具を用いてもよい。なお、部品50bを移動する移動部があってもよい。
移動部3は、アクチュエータ1を移動する。図1では、移動部3として、先端にアクチュエータ1が取付けられ、アクチュエータ1を移動(移送及び姿勢変更)可能なロボットを示している。
外力検出制御部4は、アクチュエータ1の固定部101に対する可動部102の位置、及び固定部101の加速度を検出して、可動部102に加わる外力(反力)Fを検出する。この外力検出制御部4の構成例については後述する。
作業制御部5は、部品嵌合装置による組立作業を実現する。この際、作業制御部5は、外力検出制御部4により検出された外力Fに基づいて、アクチュエータ1及び移動部3のうちの少なくとも一方を駆動することで、組立作業を実現する。また、作業制御部5は、外力検出制御部4により検出された外力Fに加え、外力検出制御部4により検出された位置及び加速度、及び作業制御部5で管理している時間等も考慮して、上記組立作業を実現してもよい。また、作業制御部5は、外力検出制御部4に対し、基準位置Prを設定する機能も有している。この作業制御部5の構成例については後述する。
次に、外力検出制御部4の構成例について、図2を参照しながら説明する。なお図2では、アクチュエータ1及びエンドエフェクタ2も図示している。また図2では、エンドエフェクタ2が部品50aを保持している状態を示している。
外力検出制御部4は、図2に示すように、位置検出部6、位置速度変換部7、加速度検出部8、減算器9、ゲイン調整部10、質量推定部11、加速度補償部12、加減算器13、定電流制御部14及び外力検出部15を有している。
外力検出制御部4は、図2に示すように、位置検出部6、位置速度変換部7、加速度検出部8、減算器9、ゲイン調整部10、質量推定部11、加速度補償部12、加減算器13、定電流制御部14及び外力検出部15を有している。
位置検出部6は、アクチュエータ1に設けられ、固定部101に対する可動部102の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部6により検出された位置を示す信号(位置信号)は、位置速度変換部7及び減算器9に出力される。
位置速度変換部7は、位置検出部6により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部101に対する可動部102の速度(相対速度)を示す。この位置速度変換部7により変換された速度を示す信号(速度信号)は、加減算器13に出力される。
加速度検出部8は、固定部101に設けられ、固定部101の加速度を検出する。この際、加速度検出部8は、固定部101の重力加速度αg及び移動加速度α1のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α1)を検出する。図2では、加速度検出部8が加速度(αg+α1)を検出する場合を示している。この加速度検出部8により検出された加速度を示す信号(加速度信号)は、加速度補償部12に出力される。
減算器9は、基準位置Prから位置検出部6により検出された位置を減算する。この減算器9による減算結果を示す信号は、ゲイン調整部10に出力される。
ゲイン調整部10は、減算器9による減算結果に対するゲイン(アクチュエータ1におけるコンプライアンスの値)を調整する。コンプライアンスとは、バネ定数の逆数であり、固さ柔らかさを示す指標である。このゲイン調整部10は、図2,3に示すように、ループゲイン測定部1001、ゲイン交点制御部1002及び可変ゲイン調整部1003を有している。
ループゲイン測定部1001は、減算器9から出力された信号のループゲインを測定する。この際、ループゲイン測定部1001は、図3に示すように、減算器9から出力された信号に、発振器1004によりループゲインが1倍(0dB)となる周波数、すなわちゲイン交点に設定された周波数の正弦波を、加算器1005を介して加算する。このループゲイン測定部1001による正弦波の加算前後の信号は、ゲイン交点制御部1002に出力される。
ゲイン交点制御部1002は、図3に示すように、比較器1006によりループゲイン測定部1001による正弦波の加算前後の信号での振幅比を比較する。このゲイン交点制御部1002による比較結果を示す信号は、可変ゲイン調整部1003に出力される。
可変ゲイン調整部1003は、ゲイン交点制御部1002により比較された振幅比の倍率が1となるように、減算器9から出力された信号のゲインを調整する。この可変ゲイン調整部1003によりループゲインが調整された信号は、加減算器13に電流指令値Irpとして出力される。また、可変ゲイン調整部1003によるループゲインの調整値を示す信号は、質量推定部11に出力される。
なお、減算器9及びゲイン調整部10は、位置検出部6により検出された位置と基準位置Prとの差分に基づく電流指令値Irpを出力する位置制御手段(位相制御ループ)を構成する。
質量推定部11は、可変ゲイン調整部1003によるループゲインの調整値から、可動部102側の質量を推定する。すなわち、質量推定部11は、ループゲインの変化と質量の変化とが比例する原理を利用する。ここで、可動部102側の質量とは、エンドエフェクタ2が部品50aを保持していない場合には、可動部102の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2とが加算された質量(M1+M2)であり、エンドエフェクタ2が部品50aを保持している場合には、可動部102の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2と部品50aの質量M3とが加算された質量(M1+M2+M3)である。なお図2では、質量推定部11が、可動部102の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2と部品50aの質量M3とが加算された質量(M1+M2+M3)を推定する場合を示している。この質量推定部11により推定された質量を示す信号は、加速度補償部12に出力される。
なお、ゲイン調整部10及び質量推定部11の動作原理は、下記の特許文献6と同様であり、その詳細については説明を省略する。
また上記では、質量推定部11により可動部102側の質量を推定する場合を示したが、これに限らず、他の方法を用いて可動部102側の質量を取得してもよい。
特開2010−182084号公報
また上記では、質量推定部11により可動部102側の質量を推定する場合を示したが、これに限らず、他の方法を用いて可動部102側の質量を取得してもよい。
加速度補償部12は、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを出力する。この加速度補償部12は、乗算器1201及び係数乗算部1202を有している。
乗算器1201は、加速度検出部8により検出された加速度と、質量推定部11により推定された質量とを乗算する。この乗算器1201による乗算結果を示す信号は、係数乗算部1202及び外力検出部15に出力される。
係数乗算部1202は、乗算器1201による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。なお、Ktは、アクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。この係数乗算部1202による乗算結果を示す信号は、加減算器13に加速度補償値Ircとして出力される。
係数乗算部1202は、乗算器1201による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。なお、Ktは、アクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。この係数乗算部1202による乗算結果を示す信号は、加減算器13に加速度補償値Ircとして出力される。
加減算器13は、ゲイン調整部10から出力された電流指令値Irpに対し、加速度補償部12から出力された加速度補償値Ircを加算し、位置速度変換部7から出力された速度信号を減算する。この加減算器13による加減算結果を示す信号は、定電流制御部14に電流指令値Irとして出力される。
定電流制御部14は、アクチュエータ1を駆動する駆動電流Iaを電流指令値Irに一致させるように制御する。この定電流制御部14は、減算器1401、駆動ドライバ1402及び電流検出部1403を有している。
減算器1401は、加減算器13から出力された電流指令値Irから、電流検出部1403により検出された駆動電流Iaの電流値を減算する。この減算器1401による減算結果を示す信号は、駆動ドライバ1402に出力される。
駆動ドライバ1402は、減算器1401による減算結果に応じた駆動電流Iaを発生する。この駆動ドライバ1402により発生された駆動電流Iaは、電流検出部1403を介してアクチュエータ1に出力される。
電流検出部1403は、駆動ドライバ1402により発生された駆動電流Iaの電流値を検出する。この電流検出部1403により検出された電流値を示す信号は、減算器1401に出力される。
駆動ドライバ1402は、減算器1401による減算結果に応じた駆動電流Iaを発生する。この駆動ドライバ1402により発生された駆動電流Iaは、電流検出部1403を介してアクチュエータ1に出力される。
電流検出部1403は、駆動ドライバ1402により発生された駆動電流Iaの電流値を検出する。この電流検出部1403により検出された電流値を示す信号は、減算器1401に出力される。
外力検出部15は、駆動電流Iaの電流値から加速度補償値Ircを減算した結果に基づいて、可動部102に加わる外力Fを検出する。なお、可動部102に加わる外力Fとしては、エンドエフェクタ2が保持した部品50aと部品50bとが接触した際に発生する力や、エンドエフェクタ2と部品50aとが接触した際に発生する力が挙げられる。この外力検出部15は、係数乗算部1501、減算器1502及び係数乗算部1503を有している。
係数乗算部1501は、加速度補償部12の乗算器1201による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。この係数乗算部1501による乗算結果を示す信号は、減算器1502に出力される。
減算器1502は、定電流制御部14により発生された駆動電流Iaの電流値から、係数乗算部1501による乗算結果を減算する。この減算器1502による減算結果を示す信号は、係数乗算部1503に出力される。
係数乗算部1503は、減算器1502による減算結果に係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。
減算器1502は、定電流制御部14により発生された駆動電流Iaの電流値から、係数乗算部1501による乗算結果を減算する。この減算器1502による減算結果を示す信号は、係数乗算部1503に出力される。
係数乗算部1503は、減算器1502による減算結果に係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。
次に、作業制御部5の構成例について、図4を参照しながら説明する。
作業制御部5は、図4に示すように、接触制御部16、嵌合位置制御部17、嵌合制御部18及び脱着制御部19を有している。
作業制御部5は、図4に示すように、接触制御部16、嵌合位置制御部17、嵌合制御部18及び脱着制御部19を有している。
接触制御部16は、部品50aが部品50bに第1の力で接触するまで、エンドエフェクタ2を部品50bの方向へ移動させる。第1の力は、部品50aが部品50bに当接したことを認識可能な力であり、部品50aと部品50b及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。
嵌合位置制御部17は、接触制御部16による処理後、エンドエフェクタ2を部品50aと部品50bとが嵌合する方向に移動させる。なお、嵌合位置制御部17は、第1の力の有無又は部品50aの位置から、部品50aが部品50bの嵌合位置に対向したかを判定する。
嵌合制御部18は、嵌合位置制御部17による処理後、外力Fが第2の力となるまで、部品50aを部品50bに嵌合するように、エンドエフェクタ2を嵌合方向に移動させる。
脱着制御部19は、嵌合制御部18による処理後、部品50aを部品50bから脱着するように、エンドエフェクタ2を嵌合方向とは逆方向に移動させ、外力Fが第3の力に達するかを判定する。第3の力は、部品50aが部品50bに正常に嵌合されたことを確認可能な力である。
次に、外力検出制御部4の動作原理について説明する。なお以下では、アクチュエータ1として、発生した推力が部品50aに直接伝わるダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータを用い、固定部101に対して可動部102を直動させるものとする。このアクチュエータ1は、定電流制御部14が電流指令値Irに応じて発生した駆動電流Iaにより駆動する。
一方、位置検出部6は、固定部101に対する可動部102の直動方向における位置を検出する。
また、位置速度変換部7は、位置検出部6により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部101に対する可動部102の速度を示す。
また、位置速度変換部7は、位置検出部6により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部101に対する可動部102の速度を示す。
また、加速度検出部8は、固定部101の直動方向における加速度を検出する。以下では、加速度検出部8は、固定部101の直動方向成分における移動加速度α1と、固定部101の直動方向成分における重力加速度αgとが加算された加速度(α1+αg)を検出するものとする。
また、位置検出部6により検出された位置は、減算器9で基準位置Prと比較され、その差分がゲイン調整部10を介して電流指令値Irを構成する要素の一つである電流指令値Irpとして加減算器13に与えられる。
電流指令値Irは、電流指令値Irpの他、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircで構成され、次式(1)で表される。
Ir=Irp+Irc (1)
Ir=Irp+Irc (1)
なお、位置を単純にフィードバックすると制御系が不安定となる。そのため、実際には、位置速度変換部7からの速度信号をマイナーループとして加減算器13のマイナス出力に加えて安定化を行っているが、以下では省略する。
また、ゲイン調整部10では、位置制御ループのループゲインを変えることで、アクチュエータ1におけるコンプライアンスの値を変化させることができる。
ここで、駆動電流Iaに着目すると、外乱トルクがない場合には電流値は零になるが、外乱トルクがある場合にはそれに比例して電流値も変化する。
一般的な外乱トルクとしては、作業時に部品50aから受ける反力、重力及び移動加速度により発生する力、減速器のロストルク等が考えられる。ここで、アクチュエータ1はダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータであるため、減速器は持たず、ロストルクは考慮する必要は少ない。したがって、駆動電流Iaは、作業時に部品50aから受ける反力、重力、移動加速度により発生する力に比例した値となる。なお以下では、反力は、部品50aが部品50bに接触した際に発生する力であるとする。
一般的な外乱トルクとしては、作業時に部品50aから受ける反力、重力及び移動加速度により発生する力、減速器のロストルク等が考えられる。ここで、アクチュエータ1はダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータであるため、減速器は持たず、ロストルクは考慮する必要は少ない。したがって、駆動電流Iaは、作業時に部品50aから受ける反力、重力、移動加速度により発生する力に比例した値となる。なお以下では、反力は、部品50aが部品50bに接触した際に発生する力であるとする。
ここで、アクチュエータ1の駆動電流をIa、作業時に部品50aから受ける反力をF、固定部101の直動方向成分における移動加速度をα1、固定部101の直動方向成分における重力加速度をαg、可動部102の質量をM1,エンドエフェクタ2の質量をM2、部品50aの質量をM3とする。この場合、次式(2)の関係が成り立つ。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。
また、式(2)において外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを次式(3)のように設定する。
(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Irc (3)
(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Irc (3)
式(3)のように加速度補償値Ircを設定した場合、式(2)からα1、αg、M1、M2、M3の項が消え、次式(4)のように整理される。
F=Kt・Irp (4)
F=Kt・Irp (4)
このように、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを式(3)のように設定すると、作業時に部品50aから受ける反力Fと電流指令値Irpは、比例関係になることがわかる。
これは、作業時に部品50aから受ける力が零、つまり部品50aが部品50bと接触していない場合、基準位置Prと実際の位置の差分に基づく電流指令値Irpも零、つまり位置が変位しないことを意味している。
そして、部品50aが部品50bと接触した際に生じる反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
そして、部品50aが部品50bと接触した際に生じる反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
そして、式(4)には、固定部101の直動方向成分における移動加速度α1、固定部101の直動方向成分における重力加速度αg、可動部102の質量M1、エンドエフェクタ2の質量M2、部品50aの質量M3の項目が含まれていない。
つまり、ロボットが急激に移動、停止を行い移動加速度が発生した場合や、ロボットが連続して姿勢を変更し重力加速度が変化した場合でも、アクチュエータ1の可動部102はゆれることなく反力Fを正しく検出できる。
そして、コンプライアンスの値も自由に設定できる。
つまり、ロボットが急激に移動、停止を行い移動加速度が発生した場合や、ロボットが連続して姿勢を変更し重力加速度が変化した場合でも、アクチュエータ1の可動部102はゆれることなく反力Fを正しく検出できる。
そして、コンプライアンスの値も自由に設定できる。
なお、上述したように、部品50aが部品50bと接触して発生する反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
しかしながら、位置制御ループにおいて、反力Fに対する電流指令値Irpの応答は一般的に速くない。一方、反力Fに対する駆動電流Iaの応答は比較的早い。そこで、電流指令値Irpを直接監視するのではなく、駆動電流Iaを監視することで反力Fの検出を行う。
しかしながら、位置制御ループにおいて、反力Fに対する電流指令値Irpの応答は一般的に速くない。一方、反力Fに対する駆動電流Iaの応答は比較的早い。そこで、電流指令値Irpを直接監視するのではなく、駆動電流Iaを監視することで反力Fの検出を行う。
ここで、式(2)は以下の通りである。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
一方、駆動電流Iaは次式(5)で表せる。
Ia=Ir=Irp+Irc (5)
Ia=Ir=Irp+Irc (5)
よって、式(2),(5)から下式(6)が得られる。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ia (6)
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ia (6)
そして、式(6)の両辺から、式(3)の左辺である((α1+αg)・(M1+M2+M3))を減算して整理すると、下式(7)が得られる。
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2+M3)/Kt) (7)
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2+M3)/Kt) (7)
この式(7)に示されるように、駆動電流Iaから加速度補償値(α1+αg)・(M1+M2+M3)/Ktを差し引いてトルク定数Ktをかけることで、反力Fに比例して応答が速いIaから反力Fを求めることができる。
次に、外力検出制御部4による効果について説明する。
ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、部品50a,50bの寸法誤差や把持位置誤差等により、予めプログラムされた部品50a,50bの目標位置と実際の位置が異なる場合、部品50aが部品50bと接触した際に大きな力が発生し、部品50aや部品50bに傷や破損が発生する恐れがある。
ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、部品50a,50bの寸法誤差や把持位置誤差等により、予めプログラムされた部品50a,50bの目標位置と実際の位置が異なる場合、部品50aが部品50bと接触した際に大きな力が発生し、部品50aや部品50bに傷や破損が発生する恐れがある。
その対策として、ロボットとエンドエフェクタとの間に力センサを設置し、部品50aと部品50bとの接触時に過大な力が発生しそうになると力センサの検出結果をロボットにフィードバックし、過大な力が発生しないようにする方法もある(特許文献2,3)。
しかしながら、過大な力が発生したことを検出して停止指令を出してもロボットは急には止まれないため、停止指令が出た時点から急激に減速しても接触位置からずれた位置で停止してしまい、部品50a,50bを押し潰してしまう。そして、位置の行き過ぎ量は移動速度に比例するため、部品50aを部品50bに近付ける速度を遅くせざるを得ない。
上記の理由により、部品50aが部品50bと接触する可能性のある領域では、ロボットの移動速度を十分落とす必要がある。しかしながら、サイクルタイムを短くするため、部品50aを移動する速度は速くする必要がある。その結果、接触領域の近傍で速度を急激に落とすことになる。
一方、実施の形態1では、ロボット(移動部3)の先端にアクチュエータ1を取付け、また、外力検出制御部4は、アクチュエータ1が急激に移動又は停止されて移動加速度が発生した場合や、アクチュエータ1の姿勢が変更されて重力加速度が変化した場合でも、可動部102に加わる反力Fを正しく検出でき、また、コンプライアンス値を任意に変えられる。そのため、ロボットが急に止まれない点は同じだが、位置の行き過ぎにより部品50a,50bを押し潰してしまうことはない。よって、部品50aを部品50bに近づける速度を極端に遅くする必要がなく、また、安全に作業できる。
また、従来では、エンドエフェクタは力センサの先に取付けられており、ロボットが急激に減速した場合、エンドエフェクタの質量による影響で、力センサには負方向の加速度に比例した力が発生する。
ところが、上記加速度に比例した力と部品50a,50bの接触により発生する力とを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
ところが、上記加速度に比例した力と部品50a,50bの接触により発生する力とを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
一方、外力検出制御部4では、アクチュエータ1が急激に加減速された場合でも正しく外力Fを検出でき、接触時にのみ力を検出するため、アクチュエータ1の減速時間を長くする必要はない。
また、力センサを用いた場合には、重力による影響をリアルタイムに補償し難いという課題もある。
すなわち、組立作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。
しかしながら、上記の通り、エンドエフェクタは力センサの先に取付けられているため、ロボットの姿勢が水平ではない場合、力センサには重力加速度による影響でロボットの姿勢とエンドエフェクタの質量に応じた力が発生する。
すなわち、組立作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。
しかしながら、上記の通り、エンドエフェクタは力センサの先に取付けられているため、ロボットの姿勢が水平ではない場合、力センサには重力加速度による影響でロボットの姿勢とエンドエフェクタの質量に応じた力が発生する。
一方、外力検出制御部4では、アクチュエータ1の姿勢が変更されて重力加速度が変化した場合でも外力Fを正しく検出できるため、重力による影響をリアルタイムに補償できる。
次に、作業制御部5の動作例について、図5〜8を参照しながら説明する。以下では、部品嵌合装置が、コネクタ(第1部品)51をコネクタ(第2部品)52に嵌合する組立作業を行う場合を示す。なお、図5に示すように、コネクタ51は爪511を有し、コネクタ52は、コネクタ51が挿入される挿入穴521及びコネクタ51が挿入された際に爪511が係合する係合穴522を有している。また、コネクタ51はエンドエフェクタ2により保持され、コネクタ52は作業台等に固定されているものとする。
そして、作業制御部5は、外力検出制御部4により検出された外力F等に基づいて、アクチュエータ1及び移動部3のうちの少なくとも一方を駆動することで、上記組立作業を行う。なお、作業制御部5は、外力検出制御部4における基準位置Prとして、コネクタ52の挿入穴521が形成された面の位置を設定する。
また図8において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は外力検出制御部4により検出された外力F(力信号[mV])を示している。また、図8における符号a〜eは、図7A〜図7Eでの状態をそれぞれ示している。
また図8において、横軸は時間[s]を示し、縦軸は外力検出制御部4により検出された外力F(力信号[mV])を示している。また、図8における符号a〜eは、図7A〜図7Eでの状態をそれぞれ示している。
部品嵌合装置によるコネクタ51,52の組立作業では、まず、図6、図7Aに示すように、接触制御部16は、コネクタ51がコネクタ52に力F1で接触するまで、エンドエフェクタ2をコネクタ52の方向へ移動させる(ステップST1)。図8に示すように、力F1は、コネクタ51がコネクタ52に当接したことを認識可能な力であり、コネクタ51とコネクタ52及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。
次いで、図6、図7Bに示すように、嵌合位置制御部17は、エンドエフェクタ2をコネクタ51とコネクタ52とが嵌合する方向に移動させる(ステップST2)。図7Bでは、図7Aにおいてコネクタ51がコネクタ52に対して高さ方向にずれており、コネクタ51を下方に移動させている場合を示している。実際には、高さ方向の他、横方向及び回転方向等、嵌合方向に対して垂直な方向における全ての自由度に対する位置合わせが必要となる。なお、図8に示すように、嵌合位置制御部17は、力F1が無くなった場合に、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に対向したと判定する。又は、嵌合位置制御部17は、コネクタ51の位置から、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に対向したかを判定する。
なお、作業制御部5は、嵌合位置制御部17による処理が終了した段階で、外力検出制御部4における基準位置Prの更新を行ってもよい。この際、作業制御部5は、基準位置Prとして、嵌合制御部18により挿入されるコネクタ51の挿入先の位置を設定する。これにより、嵌合制御部18によるコネクタ51の嵌合工程においてもコンプライアンス制御が可能となる。
次いで、図6、図7C、図7Dに示すように、嵌合制御部18は、外力Fが力F2となるまで、コネクタ51をコネクタ52の挿入穴521に挿入するように、エンドエフェクタ2を嵌合方向に移動させる(ステップST3)。これにより、適切な力でコネクタ51をコネクタ52に挿入できる。また、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に挿入されることで、コネクタ51が有する爪511がコネクタ52が有する係合穴522に係合され、コネクタ51がコネクタ52に嵌合される。
次いで、図6、図7Eに示すように、脱着制御部19は、コネクタ51をコネクタ52から脱着するように、エンドエフェクタ2を嵌合方向とは逆方向に移動させ、外力Fが力Frefに達するかを判定する(ステップST4)。図8に示すように、力Frefは、コネクタ51がコネクタ52に正常に嵌合されたことを確認可能な力である。
ここで、外力Fが力Frefとなる前にコネクタ51がコネクタ52から引抜かれた場合には、コネクタ51,52の組立が失敗したと判定できる。なお図7E、図8では、力Frefよりも弱い力F3で、コネクタ51がコネクタ52から抜けた場合を示している。
一方、外力Fが力Frefに達した場合には、コネクタ51,52の組立が成功したと判定できる。その後、エンドエフェクタ2はコネクタ51の保持を解除し、コネクタ51,52の組立作業を終了する。
一方、外力Fが力Frefに達した場合には、コネクタ51,52の組立が成功したと判定できる。その後、エンドエフェクタ2はコネクタ51の保持を解除し、コネクタ51,52の組立作業を終了する。
以上の動作により、コネクタ51,52又はアクチュエータ1を壊さず、且つ作業速度を落とさずに、コネクタ51,52に対する組立作業が実施できる。また、別途冶具を用いる必要はないため、装置の小型化及び低コスト化が可能となる。また、カメラを用いずに作業を検査可能となる。
なお上記では、可動部102を直動方向に変位可能とするアクチュエータ1を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、加速度検出部8が角加速度を検出可能であれば、可動部102を回転方向に変位可能とするアクチュエータ1を用いることもできる。
また上記では、移動部3がロボットである場合を示した。しかしながら、これに限らず、移動部3として、直動機構又は回転機構を用いてもよい。
また上記では、コネクタ51,52の嵌合を例に挙げたが、例えばバックルのように輪をかけタブを倒すことで嵌合する部材に応用してもよい。
以上のように、この実施の形態1によれば、固定部101及び可動部102を有するアクチュエータ1と、固定部101の加速度を検出する加速度検出部8と、固定部101に対する可動部102の位置を検出する位置検出部6と、位置検出部6により検出された位置と基準位置Prとの差分に対するゲインを調整するゲイン調整部10と、加速度検出部8により検出された加速度とゲイン調整部10により調整されたゲインに基づき、可動部102に加わる外力Fを検出する外力検出部15と、外力検出部15により検出された外力Fに基づき、アクチュエータ1を駆動する作業制御部5とを備えたので、アクチュエータ1の可動部102に加わる外力Fを正しく検出でき、当該外力Fに基づいて部品50aを部品50bに嵌合する組立作業が可能となる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
1 アクチュエータ
2 エンドエフェクタ
3 移動部
4 外力検出制御部
5 作業制御部
6 位置検出部
7 位置速度変換部
8 加速度検出部
9 減算器
10 ゲイン調整部
11 質量推定部
12 加速度補償部
13 加減算器
14 定電流制御部
15 外力検出部
16 接触制御部
17 嵌合位置制御部
18 嵌合制御部
19 脱着制御部
50a,50b 部品(第1,2部品)
51,52 コネクタ(第1,2部品)
101 固定部
102 可動部
511 爪
521 挿入穴
522 係合穴
1001 ループゲイン測定部
1002 ゲイン交点制御部
1003 可変ゲイン調整部
1004 発振器
1005 加算器
1006 比較器
1201 乗算器
1202 係数乗算部
1401 減算器
1402 駆動ドライバ
1403 電流検出部
1501 係数乗算部
1502 減算器
1503 係数乗算部
2 エンドエフェクタ
3 移動部
4 外力検出制御部
5 作業制御部
6 位置検出部
7 位置速度変換部
8 加速度検出部
9 減算器
10 ゲイン調整部
11 質量推定部
12 加速度補償部
13 加減算器
14 定電流制御部
15 外力検出部
16 接触制御部
17 嵌合位置制御部
18 嵌合制御部
19 脱着制御部
50a,50b 部品(第1,2部品)
51,52 コネクタ(第1,2部品)
101 固定部
102 可動部
511 爪
521 挿入穴
522 係合穴
1001 ループゲイン測定部
1002 ゲイン交点制御部
1003 可変ゲイン調整部
1004 発振器
1005 加算器
1006 比較器
1201 乗算器
1202 係数乗算部
1401 減算器
1402 駆動ドライバ
1403 電流検出部
1501 係数乗算部
1502 減算器
1503 係数乗算部
Claims (6)
- 固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、
前記固定部の加速度を検出する加速度検出部と、
前記固定部に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対するゲインを調整するゲイン調整部と、
前記加速度検出部により検出された加速度と前記ゲイン調整部により調整されたゲインに基づき、前記可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、
前記外力検出部により検出された外力に基づき、前記アクチュエータを駆動する作業制御部と
を備えた部品嵌合装置。 - 前記可動部に取付けられ、第1部品を保持するエンドエフェクタを備え、
前記作業制御部は、
前記第1部品が、当該第1部品が嵌合される第2部品に第1の力で接触するまで、前記エンドエフェクタを当該第2部品の方向へ移動させる接触制御部を有する
ことを特徴とする請求項1記載の部品嵌合装置。 - 前記作業制御部は、
前記接触制御部による処理後、前記エンドエフェクタを前記第1部品と前記第2部品とが嵌合する方向に移動させる嵌合位置制御部を有する
ことを特徴とする請求項2記載の部品嵌合装置。 - 前記作業制御部は、
前記嵌合位置制御部による処理後、前記外力が第2の力となるまで、前記第1部品を前記第2部品に嵌合するように、前記エンドエフェクタを嵌合方向に移動させる嵌合制御部を有する
ことを特徴とする請求項3記載の部品嵌合装置。 - 前記作業制御部は、
前記嵌合制御部による処理後、前記第1部品を前記第2部品から引抜くように、前記エンドエフェクタを前記嵌合方向とは逆方向に移動させ、前記外力が第3の力に達するかを判定する脱着制御部を有する
ことを特徴とする請求項4記載の部品嵌合装置。 - 加速度検出部は、固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータにおける当該固定部の加速度を検出し、
位置検出部は、前記固定部に対する前記可動部の位置を検出し、
ゲイン調整部は、前記位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対するゲインを調整し、
外力検出部は、前記加速度検出部により検出された加速度と前記ゲイン調整部により調整されたゲインに基づき、前記可動部に加わる外力を検出し、
作業制御部は、前記外力検出部により検出された外力に基づき、前記アクチュエータを駆動する
ことを特徴とする部品嵌合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017095472A JP2018192535A (ja) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | 部品嵌合方法及び部品嵌合装置 |
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JP2017095472A JP2018192535A (ja) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | 部品嵌合方法及び部品嵌合装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018192535A true JP2018192535A (ja) | 2018-12-06 |
Family
ID=64569735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2017095472A Pending JP2018192535A (ja) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | 部品嵌合方法及び部品嵌合装置 |
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JP (1) | JP2018192535A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2017
- 2017-05-12 JP JP2017095472A patent/JP2018192535A/ja active Pending
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CN114789327B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-08-11 | 安徽机电职业技术学院 | 固定运输机械臂实现机器人本体组装的机器人装配系统 |
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