JP2022054725A

JP2022054725A - 把持物挿入装置及び方法

Info

Publication number: JP2022054725A
Application number: JP2020161904A
Authority: JP
Inventors: 裕二アンドレ保富; Yuji Andre YASUTOMI
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-04-07
Also published as: CN114310978B; CN114310978A

Abstract

【課題】高い摩擦係数を有する挿入対象物表面に開けられた穴を迅速に発見し、その穴に短時間で把持物が挿入できる方法の提供。【解決手段】把持物挿入装置１は、把持物駆動部に把持された把持物２を挿入対象物に押し当てながら走査させ、挿入対象物に形成された穴４を探索し、把持物が穴に把持物駆動部により挿入される把持物挿入装置であって、把持物駆動部を制御する制御部１０と把持物が挿入対象物から受ける反力を検出する反力検出部７と反力検出部が検出した信号に基づいて穴の中心方向を演算する演算部１１とを備え、演算部は反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、反力検出部で検出された反力の向きから穴の中心方向を演算し、制御部は演算部で演算した結果に基づき、把持物を穴に挿入するように把持物駆動部を制御することを特徴とする。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は把持物挿入装置及び方法に係り、特に、挿入対象物に形成された穴を探索し、その穴に把持物を挿入するものに好適な把持物挿入装置及び方法に関する。

製造業界での組み立て作業において、ある部品を別の部品に挿入することは一般的なタスクである。それを達成するため、組み立て部品を移動させる多自由度ロボットなどの３Ｄ位置決め装置、組み立て部品を把持する把持部、把持される部品（以下、把持物という）、把持物が挿入される穴が形成されているワーク、把持物をワークの穴に挿入する時に生じる反力を検出する反力検出部で構成されるシステムが知られている。

このシステムを制御して部品挿入作業を実行するには、挿入対象の穴の近くのワーク表面に把持物を押し付け、把持物をワーク表面にスライドさせ、反力検出部で測定した反力とトルクにより、挿入対象の穴の中心位置を推定する方法が一般的である。

しかし、上記した方法は、穴の周りのワーク表面の摩擦係数が高い場合、把持物の挿入部分が摩擦力によって引っかかれ、ロボットに必要な労力が高くなり、穴を検出するためのトルクと力の信号がノイズに覆われるため、挿入対象の穴の中心位置を推定することが難しくなっていた。

この問題を解決するために、ロボットを用いた穴探索方法が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、把持物を特定のθ角度に傾け、挿入対象の穴があると予想される決められたワークの領域の中で傾けた把持物を数回スライドさせ、反力検出部で検出された把持物のせん断力により穴の中心位置を推定する穴探索方法を開示されている。

特開２０１４－１５５９９４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている穴探索方法は、穴の中心位置を推定するために、把持した対象物を広い範囲で何度もスライドさせる必要があり、穴の探索に時間が掛かり把持物の挿入操作が長時間に及ぶという課題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高い摩擦係数を有する挿入対象物の表面に形成された穴を迅速に発見し、その穴に短時間で把持物が挿入できる把持物挿入装置及び方法を提供することにある。

本発明の把持物挿入装置は、上記目的を達成するために、把持物駆動部に把持された把持物を挿入対象物に押し当てながら走査させ、前記挿入対象物に形成された穴を探索し、前記把持物が前記穴に前記把持物駆動部により挿入される把持物挿入装置であって、前記把持物駆動部を制御する制御部と、前記把持物が前記挿入対象物から受ける反力を検出する反力検出部と、前記反力検出部が検出した信号に基づいて前記穴の中心方向を演算する演算部と、を備え、
前記演算部は、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記反力検出部で検出された反力の向きから前記穴の中心方向を演算し、前記制御部は、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように前記把持物駆動部を制御することを特徴とする。

また、本発明の把持物挿入方法は、上記目的を達成するために、把持物駆動部に把持された把持物を挿入対象物に押し当てながら走査させ、前記挿入対象物に形成された穴を探索し、前記把持物が前記穴に前記把持物駆動部により挿入される把持物挿入方法であって、
前記把持物が前記挿入対象物から受ける反力を反力検出部で検出し、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記反力検出部で検出された反力の向きから前記穴の中心方向を演算部で演算し、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように制御部で前記把持物駆動部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、高い摩擦係数を有する挿入対象物表面に形成された穴を迅速に発見し、その穴に短時間で把持物が挿入できる。

本発明の把持物挿入装置の実施例１の概略構成を示し、把持物をワークの表面に沿ってスライドさせる状態を示す図である。図１（ａ）の状態から把持物の一部が穴に入り、把持物が穴の縁に接触し、把持物の座標系のｙ方向の力が予め定められた閾値を超える際に把持物の移動を停止させる状態を示す図である。図１（ｂ）の状態から把持物の底面を穴の縁に接触するまで、さらに座標系の＋ｚ方向に把持物を移動させる状態を示す図である。図１（ｃ）の状態から穴の中心位置が求められた後、座標系の－ｚ方向に後退して完全に穴から離れた状態を示す図である。図１（ｄ）の状態から座標系のｘ軸で穴の中心位置を中心にｘ軸回りに把持物が回転する状態を示す図である。図１（ｅ）の状態から把持物が座標系の＋ｚ軸方向に移動され、穴に挿入される状態を示す図である。本発明の把持物挿入装置の実施例１における傾けられた把持物と穴の接触状態の詳細を示す図である。図２（ａ）の状態における穴部分を示す上面図である。本発明の把持物挿入装置の実施例１における三角関数の計算に使用される把持物と穴の詳細寸法及び穴中心位置を計算するための位置を示す図である。本発明の把持物挿入装置の実施例１におけるワーク座標系のｙ軸における探索パスが穴の中心位置を通過しない場合の処理アルゴリズムを示す上面図である。本発明の把持物挿入装置の実施例１における把持物の挿入を行うための制御アルゴリズムのフローチャートを示す図である。本発明の把持物挿入装置の実施例２の概略構成を示し、把持物を反力検出部で検出された反力Ｆｚが既定の閾値をこえるまで、ワークの座標系の＋Ｚ方向に移動させる状態を示す図である。図６（ａ）の状態からワークと把持物が接触する状態を示す図である。図６（ｂ）の状態から把持物がｚ軸における既定の初期位置Ｐｚに引き戻され、ｙ方向に既定の移動量Ｄｘｙで移動される状態を示す図である。図６（ｃ）の状態から把持物がテーパ内に入っている状態を示す図である。図６（ｄ）の状態から移動距離Ｄｚが既定の移動距離Ｄｚの閾値よりも長い場合、穴内への挿入が可能であるため制御が終了する状態を示す図である。把持物がテーパが形成されている穴に挿入される状態を示す図である。本発明の把持物挿入装置の実施例２における把持物の挿入を行うための制御アルゴリズムのフローチャートを示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の把持物挿入装置及び方法を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１（ａ）から図１（ｆ）に、本発明の把持物挿入装置１の実施例１の概略構成と、その把持物挿入装置１による把持物２を挿入対象物であるワーク３に形成された穴４へ、把持物駆動部であるロボット６及び把持部５を用いて挿入する挿入手順を示す。

図１（ａ）に示すように、本実施例の把持物挿入装置１は、把持物（例えば、エレベーター用アンカーボルト等）２と、穴４が開けられたワーク（例えば、エレベーター昇降路内のコンクリート壁等）３と、把持部（例えば、ロボットハンド等）５と、ロボット６と、ロボット６及び把持部５を制御する制御部１０と、把持物２がワーク３から受ける反力を検出する反力検出部（例えば、力覚センサ等）７と、反力検出部７が検出した信号に基づいて穴４の中心方向を演算する演算部１１とから概略構成され、制御部１０と演算部１１で制御装置９を構成している。

そして、本実施例の把持物挿入装置１では、演算部１１は、反力検出部７で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、反力検出部７で検出された反力の向きから穴４の中心方向を演算し、制御部１０は、演算部１１が演算した結果に基づき、把持物２を穴４に挿入するようにロボット６及び把持部（ロボットハンド）５を制御するものである。

実施例１におけるワーク３の表面は平らであり、この場合には、制御部１１は、把持物２をワーク３の表面に対してθ角度傾けた状態で、ワーク３の表面を走査するようにロボット６及び把持部（ロボットハンド）５を制御する。

この際には、把持物２をワーク３の表面に対してθ角度傾けた状態で走査し、反力検出部７で検出された反力が予め定められた閾値を超えた後に、ワーク３の底部が穴４の形成方向（図１（ａ）の下方向）となるように、把持物２と穴４の接触点を中心に穴４の軸方向回りに把持物２を回転させる。

また、後述するがワーク３の底部を穴４の形成方向に向くように把持物２を回転させた後に、穴４の形成方向にさらにワーク３を押し付け、ワーク３を穴４の縁の３点に接触させ、穴４の縁とワーク３の３点の接触点と穴４と把持物２の寸法との座標系により、穴４の中心位置を求めるようにしている。

なお、本実施例における把持物２と穴４は円筒形で、その把持物２と穴４の直径は同じにする。ただし、本実施例の把持物挿入装置１では、穴４の直径は、把持物２の直径よりも大きくてもよい。また、ロボット６は、三次元空間で把持物２の位置と姿勢を変更できるものであればよい。

次に、本実施例における把持物２の挿入手順を図１（ａ）から図１（ｆ）を用いて説明する。

先ず、把持物２をワーク３の座標系ＯｗのＸ軸回りに０度以上９０度未満のθ角度に傾斜させ、反力検出部７で検出したｚ方向の把持物２がワーク３を押し付ける力が予め定められた閾値を超えるまで、把持物２を把持物２の座標系Ｏｐのｚ方向にワーク３に向けて移動させる（把持物２をｚ方向（斜め下方）に押し付ける）。その後、把持物２をｚ方向に押し付けながら、把持物２をワーク３の表面に沿って太線矢印Ｓのようにスライドさせる（図１（ａ）参照）。

ワーク３を押し付ける領域は、カメラと穴検出アルゴリズムなどで事前に検出した穴４の中心位置８の近くの表面であるが、カメラと穴検出アルゴリズムだけで穴４の中心位置８を正確に検出することが困難なため、穴４の探索が必要である。また、カメラと穴検出アルゴリズムで穴４の検出を正確にできても、ロボット６の位置決め精度、若しくは把持部５のがたにより、位置決めエラーを生じることもあるため、穴４の探索が必要になる。

把持物２をワーク３の表面に沿ってスライドを開始した後に、把持物２の一部が穴４に入り、把持物２が穴４の縁に接触し、把持物２の座標系Ｏｐのｙ方向の力が予め定められた閾値を超えると、把持物２の移動を停止させる（図１（ｂ）参照）。

把持物２は、ワーク３の表面に沿ってスライドしながらＯｐ座標系のｚ方向に押し付けられるため、把持物２がワーク３の表面に接触する部分が穴４に入ると、把持物３はさらにｚ方向に移動し、把持物２の側面の一部が必ず穴４の縁に接触する。次に、把持物２の底面を穴４の縁に接触するまで、さらにＯｐ座標系の＋ｚ方向に把持物２を移動させる（図１（ｃ）参照）。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１（ｃ）の把持物２とワーク３の接触状態の詳細を示す図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、図１（ｃ）の状態では、把持部２が穴４の縁の３点（接触点２１、２２、２３）に接触する。ワーク３に接触可能に傾けられた把持物２の面積は、図２（ａ）に示すような把持物２の断面だと考えられる。その断面は、図２（ｂ）に示す短軸ｒと長軸ｒ／sinθの楕円である。この楕円を半径ｒの穴４の表面に設置すると、把持物２と穴４との３つの接触点２１、２２、２３が得られる。

接触点２１は、把持物２の側面と穴４の縁の接触点であり、接触点２２及び２３は、把持物２の底面と穴４の縁との接触点である。

図２（ｂ）では、穴４の原点が（ｘ_ｏ、ｙ_ｏ）、楕円面積の原点は（ｘ_ｅ、ｙ_ｅ）、接触点２１、２２及び２３の位置を（ｘ２１、ｙ２１）、（ｘ２２、ｙ２２）及び（ｘ２３、ｙ２３）でそれぞれ表される。

作業座標フレームＯｗ上の接触点２１、２２、２３の位置は、次のように与えられる。即ち、（ｘ_ｏ、ｙ_ｏ）は（０、０）であることにすると、各接触点の位置を下記の（１）から（６）式で求められる。

また、把持物２と穴４の縁との接触点を用いて、三角法による下記の（７）から（１０）式で穴４の中心位置８を求めることができる。

上記の式でＰ１は把持物２の底面の中心位置、Ｐ２は把持物２の側面と穴４の縁との接触点２１、Ｐ３は穴４の中心位置８であり、上記の式で上付きのＯｐ及びＯｗは、それぞれ把持物２の座標系またはワーク３の座標系内の位置を表し、

は、Ｏｐ座標系からＯｗ座標系への変換行列である。

図３は、三角関数の計算に使用される把持物２と穴４の詳細寸法と穴４の中心位置８を計算するための位置を示す図である。

穴４の中心位置８が求められた後、把持物２はＯｐ座標系の－ｚ方向にｄｒ（図３参照）だけ後退して完全に穴４から離れる（図１（ｄ）参照）。その後、Ｏｗ座標系のｘ軸で穴４の中心位置８を中心にｘ軸回りに把持物２が回転する（図１（ｅ）参照）。最後に、把持物２がＯｗ座標系の＋ｚ軸方向に移動され、穴４に挿入される（図１（ｆ）参照）。

図４は、ワーク３の座標系のｙ軸における探索移動パス４１が穴４の中心位置８を通過しない場合の処理アルゴリズムを示す上面図である。

ワーク３の座標系のｙ軸における探索移動パス４１が穴４の中心位置８を通過しない場合、把持物２が接触点４２で穴４の縁に接触すると、生成された反力Ｆはｘ軸とｙ軸に分布し、力の方向は穴４の中心位置８に向くようになる（図３参照）。その後、図１（ｃ）に示すステップに進むには、把持物２を接触点４２を中心にＯｗ座標系のｚ軸回りに回転させるだけでよい。

ロバスト性を高めるため、穴４の中心位置８の方向を確認することが可能となる。その場合、図４の（ａ）に示す探索移動パス４１で得られた新たな方向に把持物２の側面が穴４の逆側（接触点４２の逆側）の縁に接触（接触点４４）するまで移動する（図４の（ｂ）に示す探索移動パス４３）。その時に発生した反力Ｆが探索移動パス４３と逆方向に向いていることが分かれば、穴４の中心位置８が探索移動パス４３にあることがわかる。その後、図１（ｃ）に示すステップに進めれば、把持物２の挿入が可能になる。

なお、探索移動パス４３に進めるには、把持物２の傾きを変更する必要がある。それを実現するには、把持物２を接触点４２を中心にＯｗ座標系のｚ軸回りに回転させればよい。

図５に、本実施例で把持物２の挿入を行うための制御アルゴリズムのフローチャートを示す。このフローチャートは、図４の（ｂ）に示す探索移動パス４３で穴４の中心位置８を確認しない場合のアルゴリズムである。

図５に示すように、先ずは周知の画像認識による穴検出方法により、穴４の中心位置８を大まかに検出する（ステップ５０１）。把持物２をワーク３の表面に対してθ角度傾け（ステップ５０２、図１（ａ））、Ｏｐのｚ軸方向に把持物２をワーク３に押し付ける（ステップ５０３、図１（ｂ））。

次に、Ｏｐのｙ軸の反力Ｆｙが既定の閾値を超えるまで（ステップ５０５、図１（ｂ））、把持物２をワーク３の座標系のｙ方向にスライドさせる（ステップ５０４）。次に、Ｏｐのｘ軸の反力Ｆｘも既定の閾値（通常値はゼロ）を超えると（ステップ５０６）、穴４の中心位置８の方向が演算部１１で計算され、把持物２の底面を穴４の中心位置８の方向に向けるように必要な回転量が演算部１１で計算される（ステップ５０７）。そして、把持物２を接触点２１を中心にＯｗのｚ軸回りに回転させ、把持物２の底部を穴４に向ける（ステップ５０８）。

次に、把持物２をｚ方向の力Ｆｚの既定の閾値を超えるまで（ステップ５１０）＋ｚ軸方向に移動させる（ステップ５０９、図１（ｃ））。そして、穴４の中心位置８を算出し（ステップ５１１）、把持物２をＯｐの－ｚ軸方向にｄｒだけ移動させる（ステップ５１２、図１（ｄ））。

次に、把持物２を穴４の中心位置８を中心にθ度回転させる（ステップ５１３、図１（ｅ））。最後に、把持物２をＯｗの＋ｚ方向に移動させ、把持物２を穴４に挿入する（ステップ５１４、図１（ｆ））。

このような本実施例によれば、高い摩擦係数を有するワーク３の表面に形成された穴４を迅速に発見し、その穴４に短時間で把持物２を挿入できる効果がある。

図６（ａ）から図６（ｆ）に、本発明の把持物挿入装置１Ａの実施例２の概略構成と、その把持物挿入装置１Ａによる把持物２を挿入対象物であるワーク６１に形成された穴６２へ、把持物駆動部であるロボット６及び把持部５を用いて挿入する挿入手順を示すが、本実施例では、ワーク６１の穴６２にはテーパ６３が形成されている。このテーパ６３は、穴６２の開口部を広くするためである。

図６（ａ）に示すように、本実施例の把持物挿入装置１Ａは、把持物（例えば、エレベーター用アンカーボルト等）２と、穴６２が開けられたワーク（例えば、エレベーター昇降路内のコンクリート壁等）６１と、把持部（例えば、ロボットハンド等）５と、ロボット６と、ロボット６及び把持部５を制御する制御部１０と、把持物２がワーク６１から受ける反力を検出する反力検出部（例えば、力覚センサ等）７と、反力検出部７が検出した信号に基づいて穴６２の中心方向を演算する演算部１１とから概略構成されている。

また、演算部１１は、穴６２の軸方向の穴６２から離れた初期位置から把持物２をワーク６１に接触した位置までの移動距離を演算する移動距離演算手段６５と、移動距離演算手段６５で演算した移動距離により、穴６２への接近有無の判断及び／又は穴６２に近づいていることの認識、穴６２から離れていることの判定を行う穴近接度判定手段６６と、穴近接度判定手段６６の判定により、穴６２の探索のための進行移動量を調整する進行移動量調整手段６７とを備え、この演算部１１と制御部１０で制御装置９を構成している。

そして、本実施例の把持物挿入装置１Ａでは、演算部１１は、反力検出部７で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、反力検出部７で検出された反力の向きから穴６２の中心方向を演算し、制御部１０は、演算部１１が演算した結果に基づき、把持物２を穴６２に挿入するようにロボット６及び把持部５を制御するものであるが、本実施例では、穴６２の入り口にテーパ６３が形成されており、この場合には、入り口にテーパ６３が形成された穴６２の軸方向に平行な状態で把持物２をワーク６１に押付け、制御部１０は、反力検出部７で検出された反力が予め定められた閾値以内の場合は、ワーク６１を押し付ける位置を変更するようにロボット６及び把持部（ロボットハンド）５を制御するものである。

この際には、穴６２の探索方向に把持物２を移動する前に穴６２の軸方向の穴６２から離れた初期位置に把持物２を引き込み、穴６２の探索方向の次のステップに把持物２を移動してから把持物２をワーク６１の方向に押し付ける。

次に、本実施例における把持物２の挿入手順を図６（ａ）から図６（ｆ）及び図７を用いて説明する。

図６の（ａ）から図６の（ｆ）は、把持物２を穴６２に挿入するための挿入手順を示し、図７は、その挿入手順のフローチャートである。

該図に示すように、本実施例では、まず周知の画像認識による穴検出方法により、穴６２の中心位置を大まかに検出される（ステップ７０１）。次に、把持物２を、反力検出部７によって検出された反力Ｆｚが既定の閾値をこえるまで（ステップ７０３）、ワーク６１の座標系Ｏｗの＋Ｚ方向に移動させる（ステップ７０２、図６（ａ））。これは、ワーク６１（図６（ｂ））における把持物２との接触を示している。反力検出部７によって検出された反力Ｆｚが既定の閾値に達していない場合、移動距離Ｄｚがチェックされる（ステップ７０４）。

移動距離Ｄｚが既定の移動距離Ｄｚの閾値よりも長い場合、穴６２内への挿入が可能なため、制御は終了する（図６（ｅ））。それ以外の場合は、反力Ｆｚが閾値を超えるまでチェックを続ける。反力Ｆｚが閾値を超えると、Ｆｙが閾値を超えたかがチェックされる（ステップ７０５）。Ｆｙが閾値を超えない場合、それは、図６（ｂ）に示されるように、把持物２がテーパ６３内に入っていないことを示し、Ｆｙが閾値を超えたのであれば、図６（ｄ）に示すように、把持物２がテーパ６３内に入っていることを示す。

図６（ｂ）の状況では、把持物２は、Ｏｗのｚ軸における既定の初期位置Ｐｚに引き戻され、次いで、Ｏｗのｙ方向に既定の移動量Ｄｘｙで移動される（図６（ｃ））。その後、ステップ７０２に戻る。図６（ｄ）の状況では、把持物２もＰｚで後退するが、Ｆｙ及びＦｘを検出して計算される穴６２の中心位置の方向に移動量Ｄｘｙで移動する（ステップ７１０）。

ただし、ステップ７０９の前に、移動距離Ｄｚを前回の移動距離Ｄｚと比較して、把持物２が穴６２に近づいているかどうかを確認する（ステップ７０７）。

移動距離Ｄｚが前の移動距離Ｄｚよりも大きい場合、把持物２が穴６２に近づいていると示し、ステップ７１０を続けることができる。それ以外の場合は、把持物２が穴６２を通過したことを示す。そのため、進行方向が反転し（ステップ７０８）、移動量Ｄｘｙを減少し、ステップ７１０に進む。これにより、移動量Ｄｘｙをより細かくでき、穴６２を発見することができる。

上述した把持物挿入方法では、移動距離演算手段６５により穴６２の軸方向の穴６２から離れた初期位置Ｐｚから把持物２をワーク６１に接触した位置までの移動距離Ｄｚを演算し、移動距離演算手段６５で演算した移動距離Ｄｚにより、穴６２への接近有無の判断及び／又は穴６２に近づいていることの認識、穴６２から離れていることの判定を穴近接度判定手段６６で行い、穴近接度判定手段６６の判定により、穴６２の探索のための進行移動量を進行移動量調整手段６７で調整している。

このような本実施例によれば、ワーク６１の穴６２にテーパ６３が形成されていても、高い摩擦係数を有するワーク６１の表面に形成された穴６２を迅速に発見し、その穴６２に短時間で把持物２を挿入できる効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１、１Ａ…把持物挿入装置、２…把持物、３、６１…ワーク、４、６２…穴、５…把持部、６…ロボット、７…反力検出部、８…穴の中心位置、９…制御装置、１０…制御部、１１…演算部、２１、４２、４４…把持物の側面と穴の縁との接触点、２２、２３…把持物の底面と穴の縁との接触点、４１、４３…探索移動パス、６３…テーパ、６４…ワーク座標系のｚ軸移動の初期位置、６５…移動距離演算手段、６６…穴近接度判定手段、６７…進行移動量調整手段、５０１～５１４…実施例１の作業フローのステップ、７０１～７１０…実施例２の作業フローのステップ。

Claims

把持物駆動部に把持された把持物を挿入対象物に押し当てながら走査させ、前記挿入対象物に形成された穴を探索し、前記把持物が前記穴に前記把持物駆動部により挿入される把持物挿入装置であって、
前記把持物駆動部を制御する制御部と、前記把持物が前記挿入対象物から受ける反力を検出する反力検出部と、前記反力検出部が検出した信号に基づいて前記穴の中心方向を演算する演算部と、を備え、
前記演算部は、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記反力検出部で検出された反力の向きから前記穴の中心方向を演算し、前記制御部は、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入装置。
請求項１に記載の把持物挿入装置であって、
前記制御部は、前記把持物を前記挿入対象物の表面に対してθ角度傾けた状態で、前記挿入対象物の表面を走査するように前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入装置。
請求項２に記載の把持物挿入装置であって、
前記把持物を前記挿入対象物の表面に対してθ角度傾けた状態で走査し、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた後に、前記挿入対象物の底部が前記穴の形成方向となるように、前記把持物と前記穴の接触点を中心に前記穴の軸方向回りに前記把持物を回転させることを特徴とする把持物挿入装置。
請求項３に記載の把持物挿入装置であって、
前記挿入対象物の底部を前記穴の形成方向に向くように前記把持物を回転させた後に、前記穴の形成方向にさらに前記挿入対象物を押し付け、前記挿入対象物を前記穴の縁の３点に接触させることを特徴とする把持物挿入装置。
請求項４に記載の把持物挿入装置であって、
前記穴の縁と前記挿入対象物の３点の接触点と、前記穴と前記把持物の寸法との座標系により、前記穴の中心位置を求めることを特徴とする把持物挿入装置。
請求項１に記載の把持物挿入装置であって、
前記穴の入り口がテーパ状に形成されており、入り口がテーパ状に形成された前記穴の軸方向に平行な状態で前記把持物を前記挿入対象物に押付け、
前記制御部は、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値以内の場合は、前記挿入対象物を押し付ける位置を変更するように前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入装置。
請求項６に記載の把持物挿入装置であって、
前記穴の探索方向に前記把持物を移動する前に前記穴の軸方向の前記穴から離れた初期位置に前記把持物を引き込み、前記穴の探索方向の次のステップに前記把持物を移動してから前記把持物を前記挿入対象物の方向に押し付けることを特徴とする把持物挿入装置。
請求項７に記載の把持物挿入装置であって、
前記初期位置から前記把持物を前記挿入対象物に接触した位置までの移動距離を演算する移動距離演算手段と、
前記移動距離演算手段で演算した移動距離により、前記穴への接近有無の判断及び／又は前記穴に近づいていることの認識、前記穴から離れていることの判定を行う穴近接度判定手段と、
前記穴近接度判定手段の判定により、前記穴の探索のための進行移動量を調整する進行移動量調整手段と、を更に備えていることを特徴とする把持物挿入装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の把持物挿入装置であって、
前記挿入対象物はワーク、前記把持物駆動部はロボット及びロボットハンド、前記反力検出部は力覚センサであり、
前記演算部は、前記力覚センサで検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記力覚センサで検出された反力の向きから前記ワークに形成された前記穴の中心方向を演算し、前記制御部は、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように前記ロボット及びロボットハンドを制御することを特徴とする把持物挿入装置。
把持物駆動部に把持された把持物を挿入対象物に押し当てながら走査させ、前記挿入対象物に形成された穴を探索し、前記把持物が前記穴に前記把持物駆動部により挿入される把持物挿入方法であって、
前記把持物が前記挿入対象物から受ける反力を反力検出部で検出し、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記反力検出部で検出された反力の向きから前記穴の中心方向を演算部で演算し、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように制御部で前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１０に記載の把持物挿入方法であって、
前記把持物を前記挿入対象物の表面に対してθ角度傾けた状態で、前記挿入対象物の表面を走査するように前記制御部で前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１１に記載の把持物挿入方法であって、
前記把持物を前記挿入対象物の表面に対してθ角度傾けた状態で走査し、前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値を超えた後に、前記挿入対象物の底部が前記穴の形成方向となるように、前記把持物と前記穴の接触点を中心に前記穴の軸方向回りに前記把持物を回転させることを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１２に記載の把持物挿入方法であって、
前記挿入対象物の底部を前記穴の形成方向に向くように前記把持物を回転させた後に、前記穴の形成方向にさらに前記挿入対象物を押し付け、前記挿入対象物を前記穴の縁の３点に接触させ、前記穴の縁と前記挿入対象物の３点の接触点と、前記穴と前記把持物の寸法との座標系により、前記穴の中心位置を求めることを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１０に記載の把持物挿入方法であって、
前記穴の入り口がテーパ状に形成されており、入り口がテーパ状に形成された前記穴の軸方向に平行な状態で前記把持物を前記挿入対象物に押付け、
前記反力検出部で検出された反力が予め定められた閾値以内の場合は、前記挿入対象物を押し付ける位置を変更するように制御部で前記把持物駆動部を制御することを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１４に記載の把持物挿入方法であって、
前記穴の探索方向に前記把持物を移動する前に前記穴の軸方向の前記穴から離れた初期位置に前記把持物を引き込み、前記穴の探索方向の次のステップに前記把持物を移動してから前記把持物を前記挿入対象物の方向に押し付けることを特徴とする把持物挿入方法。
請求項１０至１５のいずれか１項に記載の把持物挿入方法であって、
前記挿入対象物はワーク、前記把持物駆動部はロボット及びロボットハンド、前記反力検出部は力覚センサであり、
前記把持物が前記ワークから受ける反力を検出する前記力覚センサで検出した信号に基づいて前記演算部により、前記力覚センサで検出された反力が予め定められた閾値を超えた際に、前記力覚センサで検出された反力の向きから前記穴の中心方向を演算し、前記演算部で演算した結果に基づき、前記把持物を前記穴に挿入するように制御部で前記ロボット及びロボットハンを制御することを特徴とする把持物挿入方法。