JP2023000089A - Joining method and robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合方法およびロボットシステムに関する。 The present invention relates to a joining method and a robot system.
例えば、特許文献１に示すように、複数の金属板を重ね合わせて溶接する溶接装置が知られている。この溶接装置は、上板押さえピン、下板押さえピンと、両側に位置する鋼板を中間に位置する鋼板に対してレーザー溶接するレーザー照射装置と、上板押さえピン、下板押さえピンで押圧するそれぞれの両側に位置する鋼板の押圧力を調整しつつ、レーザー照射装置の動作を制御する溶接制御装置と、を有する。 For example, as shown in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000, a welding device is known that welds a plurality of metal plates together. This welding device includes an upper plate holding pin, a lower plate holding pin, a laser irradiation device for laser welding the steel plates located on both sides to the steel plate located in the middle, and pressing by the upper plate holding pin and the lower plate holding pin, respectively. and a welding control device that controls the operation of the laser irradiation device while adjusting the pressing force of the steel plates located on both sides of the.
しかしながら、金属板同士を良好に密着させるためには、上記のような押さえつけだけでは不十分であり、別途、金属板の矯正治具を用意する必要がある。 However, in order to bring the metal plates into good contact with each other, it is not enough to press them as described above, and it is necessary to separately prepare a correcting jig for the metal plates.
本発明の接合方法は、力検出部を有する第１ロボットアームと、接合部を有する第２ロボットアームと、を用いて第１部品と第２部品とを接合する接合方法であって、
前記第１ロボットアームを用いて前記第１部品と前記第２部品とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とする第１工程と、
前記押圧状態おける前記力検出部の検出結果に基づいて、前記第１部品と前記第２部品とが接合に適した適合状態であるか否かを判定する第２工程と、
前記第２工程で前記適合状態であると判定した場合、前記第２ロボットアームの前記接合部を用いて、前記押圧状態を維持しつつ前記第１部品と前記第２部品とを接合する接合作業を実行する第３工程と、を有することを特徴とする。
A joining method of the present invention is a joining method for joining a first part and a second part using a first robot arm having a force detection part and a second robot arm having a joining part,
a first step in which the first robot arm is used to press the first component and the second component in a direction toward each other to be in a pressed state;
a second step of determining whether or not the first component and the second component are in a compatible state suitable for joining, based on the detection result of the force detection unit in the pressed state;
Joining operation of joining the first part and the second part while maintaining the pressing state by using the joining part of the second robot arm when it is determined in the second step that the compatible state is achieved. and a third step of performing
本発明のロボットシステムは、力検出部を有する第１ロボットアームと、接合部を有する第２ロボットアームと、前記第１ロボットアームおよび前記第２ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、第１部品と第２部品とを接合するロボットシステムであって、
前記制御部は、
前記第１ロボットアームを用いて前記第１部品と前記第２部品とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とし、
前記押圧状態おける前記力検出部の検出結果に基づいて、前記第１部品と前記第２部品とが接合に適した適合状態であるか否かを判定し、
前記適合状態であると判定した場合、前記第２ロボットアームの前記接合部を用いて、前記押圧状態を維持しつつ前記第１部品と前記第２部品とを接合する接合作業を実行することを特徴とする。
A robot system of the present invention includes a first robot arm having a force detection section, a second robot arm having a joint, and a control section for controlling the operations of the first robot arm and the second robot arm. , a robot system for joining a first part and a second part,
The control unit
using the first robot arm to press the first component and the second component in a direction in which they approach each other into a pressed state;
determining whether or not the first part and the second part are in a compatible state suitable for joining based on the detection result of the force detection unit in the pressed state;
performing a joining operation of joining the first part and the second part while maintaining the pressing state by using the joint portion of the second robot arm when the conforming state is determined to be present; Characterized by
＜実施形態＞
図１は、ロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３～図５は、第１部品および第２部品を接合する手順を示す側面図である。図６は、本発明の接合方法を実行するに先立って行う制御動作を説明するためのフローチャートである。図７は、本発明の接合方法の一例を説明するためのフローチャートである。図８～図１３は、第１部品および第２部品の構成例の一例を説明するための斜視図である。図１４～図１６は、第１部品および第２部品を接合する手順を示す側面図である。
<Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a robot system. FIG. 2 is a block diagram of the robot system shown in FIG. 3 to 5 are side views showing procedures for joining the first part and the second part. FIG. 6 is a flow chart for explaining control operations performed prior to execution of the joining method of the present invention. FIG. 7 is a flow chart for explaining an example of the joining method of the present invention. 8 to 13 are perspective views for explaining an example of the configuration of the first part and the second part. 14 to 16 are side views showing procedures for joining the first part and the second part.
以下、本発明の接合方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
Hereinafter, the joining method of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings. In the following, for convenience of explanation, the +Z-axis direction, ie, the upper side in FIG. As for the robot arm, the
図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボットアーム１０Ａを有するロボット１Ａと、ロボットアーム１０Ｂを有するロボット１Ｂと、２つの制御装置３と、教示装置４と、を備え、本発明の接合方法を実行する。
As shown in FIG. 1, a
ロボット１Ａおよびロボット１Ｂは、設置位置、エンドエフェクター２０Ａの種類が異なること以外、ほぼ同様の構成であるため、以下、ロボット１Ａについて代表的に説明する。
Since the
まず、ロボット１Ａについて説明する。
図１に示すロボット１Ａは、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０Ａと、を有する。また、ロボットアーム１０Ａの先端部にエンドエフェクター２０Ａを装着することができる。エンドエフェクター２０Ａは、ロボット１Ａの構成要件であってもよく、ロボット１Ａの構成要件でなくてもよい。
First, the
In this embodiment, the
なお、ロボット１Ａは、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１Ａは、水平多関節ロボットであってもよい。
The
基台１１は、ロボットアーム１０Ａを下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１Ａは、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１Ａと制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。
The
本実施形態では、ロボットアーム１０Ａは、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０Ａが有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
In this embodiment, the
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。
The
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。
The
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
The
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
The
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
The
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
The
また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０Ａの中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０Ａの駆動により、エンドエフェクター２０Ａごと回動することができる。
In addition, the
ロボット１Ａは、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。
The
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。 An encoder E1 is built in the joint 171 and detects the position of the motor M1. Encoder E2 is built in joint 172 and detects the position of motor M2. The encoder E3 is built in the joint 173 and detects the position of the motor M3. Encoder E4 is built in joint 174 and detects the position of motor M4. Encoder E5 is built in joint 175 and detects the position of motor M5. Encoder E6 is built in joint 176 and detects the position of motor M6.
エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１～モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介して駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０Ａを制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。
The encoders E1 to E6 are electrically connected to the
また、ロボットアーム１０Ａの先端には、制御点ＣＰが設定されている。制御点ＣＰは、ロボットアーム１０Ａの制御を行う際の基準となる点のことである。ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０Ａを駆動する。
A control point CP is set at the tip of the
また、ロボット１Ａでは、ロボットアーム１０Ａに、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０Ａは、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３個の検出軸上の力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＷ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＶ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＵ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「トルク成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。
Further, in the
本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間や、基台１１の下方であってもよい。
In this embodiment, the
力検出部１９には、エンドエフェクター２０Ａを着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０Ａは、ワークＷ１およびワークＷ２が重ねられた状態で、ワークＷ１を押圧する押圧部２０Ｃを有する。押圧部２０Ｃは、本実施形態では、吸引孔を有する板状の部材で構成される。吸引、吸引解除を制御することにより、ワークＷ１の把持、把持解除を行うことができる。
An
ここで、第１部材であるワークＷ１および第２部材であるワークＷ２は、図示の構成では、平板状をなしており、互いに押しつけられることにより、位置決めおよび歪み矯正が可能な構造を有している。すなわち、ワークＷ１およびワークＷ２は、力を加えることにより変形可能な程度の可撓性を有する。なお、ワークＷ１およびワークＷ２は、図８～図１３に示すように、係合部同士が係合することにより、位置決め、固定される構造であってもよい。 Here, the workpiece W1, which is the first member, and the workpiece W2, which is the second member, are in the form of flat plates in the configuration shown in the figure, and have a structure that enables positioning and distortion correction by being pressed against each other. there is That is, the work W1 and the work W2 have such flexibility that they can be deformed by applying force. The work W1 and the work W2 may have a structure in which they are positioned and fixed by engaging the engaging portions with each other, as shown in FIGS.
また、ロボットアーム１０Ｂ側のエンドエフェクター２０Ｂは、接合部２０２で構成される。接合部２０２は、本実施形態では、レーザーを照射してワークＷ１およびワークＷ２を溶接する溶接部で構成される。ただし、この構成に限定されず、接合部２０２としては、例えば、接着剤を塗布する塗布部や、ネジ、ナット等の固定部材を用いて固定する固定部等であってもよい。
Also, the
また、ロボット座標系において、エンドエフェクター２０Ａおよびエンドエフェクター２０Ｂの先端の任意の位置にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。前述したように、ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０Ａおよびロボットアーム１０Ｂを駆動する。また、エンドエフェクター２０Ａおよびエンドエフェクター２０Ｂの種類、特に、長さを把握しておくことにより、ツールセンターポイントＴＣＰと制御点ＣＰとのオフセット量を把握することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰの位置をロボット座標系で把握することができる。したがって、ツールセンターポイントＴＣＰを制御の基準とすることができる。
Also, in the robot coordinate system, a tool center point TCP is set at an arbitrary position at the tip of the
次に、制御装置３および教示装置４について説明する。
２つの制御装置３のうち、一方は、ロボット１Ａの作動を制御し、他方は、ロボット１Ｂの作動を制御する。２つの制御装置３は、同様の構成とすることができるため、以下では、ロボット１Ａの作動を制御する制御装置３について説明する。
Next, the
Of the two
制御装置３は、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂから離間して配置されており、プロセッサーの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。この制御装置３は、ロボット１の基台１１に内蔵されていてもよい。
The
制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１Ａと通信可能に接続される。また、制御装置３は、教示装置４とケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよいし、ロボット１Ａを教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１Ａを教示するための専用装置であるティーチングペンダント等を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
The
また、教示装置４には、後述する目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするためのプログラムがインストールされていてもよい。教示装置４は、ディスプレイ、プロセッサー、ＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。
Further, the teaching device 4 may be installed with a program for generating an execution program having arguments of a target position St and a target force f St , which will be described later, and loading the program into the
図２に示すように、制御装置３は、ロボット１Ａの制御を行うための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御装置３は、プロセッサーや図示しないＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することによりロボット１Ａを制御する。
As shown in FIG. 2, the
また、図２に示すように、制御装置３は、目標位置設定部３Ａと、駆動制御部３Ｂと、記憶部３Ｃと、を有する。記憶部３Ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等で構成される。記憶部３Ｃには、ロボット１を作動させるための動作プログラムが記憶されている。
Further, as shown in FIG. 2, the
目標位置設定部３Ａは、ワークＷ１に対して所定の作業を実行するための目標位置Ｓｔおよび動作経路を設定する。目標位置設定部３Ａは、教示装置４から入力された教示情報等に基づいて、目標位置Ｓｔおよび動作経路を設定する。
The target
駆動制御部３Ｂは、ロボットアーム１０Ａの駆動を制御するものであり、位置制御部３０と、座標変換部３１と、座標変換部３２と、補正部３３と、力制御部３４と、指令統合部３５と、を有する。
The
位置制御部３０は、予め作成されたコマンドで指定される目標位置に従って、ロボット１のツールセンターポイントＴＣＰの位置を制御する位置指令信号、すなわち、位置指令値を生成する。
The
ここで、制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０Ａ、２０Ｂの位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。
Here, the
力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス制御とが含まれている。フォーストリガー制御では、力検出部１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０Ａに移動や姿勢の変更の動作をさせる。
Force control includes, for example, force trigger control and impedance control. In the force trigger control, force detection is performed by the
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、ロボットアーム１０Ａの先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０Ａの動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０Ａに対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０Ａは、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合には、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、作業者が適宜設定可能である。
Impedance control includes tracing control. Briefly, in impedance control, the force applied to the distal end of the
記憶部３Ｃは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶部３Ｃに記憶する。目標位置Ｓｔおよび目標力ｆＳｔを引数、すなわち、パラメーターとするコマンドは、ロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。
The
駆動制御部３Ｂは、設定された目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰにて一致されるように、コマンドに基づいて第１アーム１２～第６アーム１７を制御する。目標力ｆＳｔとは、第１アーム１２～第６アーム１７の動作に応じて力検出部１９が検出すべき力である。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のＸ方向成分がＳｔ＝Ｘｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆＳｔ＝ｆＸｔとなる。
The
また、駆動制御部３Ｂでは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を取得すると、図２に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｖ，Ｗ，Ｕ）に変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆＳをロボット座標系において特定する。
In the
作用力ｆＳの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に原点として定義される。原点は、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓとの対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆＳを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆＳと、接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、トルク成分として特定される。なお、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０が接触して作業を行う場合、接触点は、ツールセンターポイントＴＣＰとみなすことができる。
The point of action of the acting force fS is defined as the origin apart from the tool center point TCP. The origin corresponds to the point where the
補正部３３は、作用力ｆＳに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆＳから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０Ａまたはエンドエフェクター２０Ａに作用している重力以外の力と見なすことができる。
The
また、補正部３３は、作用力ｆＳに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆＳから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０Ａまたはエンドエフェクター２０Ａに作用している慣性力以外の力と見なすことができる。
Further, the
力制御部３４は、インピーダンス制御を行う。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１～モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、ワークの嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０Ａが対象物であるワークから力を受ける接触状態の工程や、直接教示を行う際に実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１Ａに接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。
The
インピーダンス制御では、目標力ｆＳｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１～モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。
In the impedance control, the rotation angles of the motors M1 to M6 are derived by substituting the target force f St into an equation of motion to be described later. The signals that control
また、制御装置３は、エンドエフェクター２０Ａが外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御する。目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードのことを、位置制御モードと言う。
In addition, the
制御装置３は、目標力ｆＳｔと作用力ｆＳとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆＳｔとの力偏差ΔｆＳ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。
The
式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの２階微分値に仮想質量係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」と言う）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」と言う）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」と言う）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆＳｔから現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆＳ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆＳｔとして一定値が設定される場合もあるし、目標力ｆＳｔとして時間の関数が設定される場合もある。
The left side of equation (1) is the first term obtained by multiplying the second derivative of the position S of the tool center point TCP by a virtual mass coefficient m (hereinafter referred to as "mass coefficient m"), and the position of the tool center point TCP. The second term obtained by multiplying the differential value of S by a virtual viscosity coefficient d (hereinafter referred to as “viscosity coefficient d”) and the position S of the tool center point TCP with a virtual elastic coefficient k (hereinafter referred to as “elastic coefficient k”) ) multiplied by the third term. The right side of equation (1) is composed of the force deviation Δf S (t) obtained by subtracting the actual force f from the target force f St. Differentiation in Equation (1) means differentiation with respect to time. In the process performed by the
質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。 The mass coefficient m means the virtual mass that the tool center point TCP has, the viscosity coefficient d means the viscous resistance virtually received by the tool center point TCP, and the elastic coefficient k means that the tool center point TCP It means the spring constant of the elastic force received by the target.
質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。 As the value of mass coefficient m increases, the acceleration of motion decreases, and as the value of mass coefficient m decreases, the acceleration of motion increases. As the value of the viscosity coefficient d increases, the speed of operation slows down, and as the value of the viscosity coefficient d decreases, the speed of operation increases. As the value of the elastic modulus k increases, the springiness increases, and as the value of the elastic modulus k decreases, the springiness decreases.
本明細書では、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの各々を力制御パラメーターと言う。これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に適宜設定可能である。このことに関しては、後に詳述する。 Each of mass modulus m, viscous modulus d and elastic modulus k is referred to herein as a force control parameter. These mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k may be set to different values for each direction, or may be set to common values regardless of the direction. Also, the mass coefficient m, the viscosity coefficient d, and the elastic coefficient k can be appropriately set by the operator before work. This will be detailed later.
このように、ロボットシステム１００では、力検出部１９の検出値、予め設定された力制御パラメーター、および、予め設定された目標力から補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動させるべき位置との差のことである。
Thus, in the
そして、指令統合部３５は、位置制御部３０が生成した位置指令値Ｐに、力由来補正量ΔＳを合算する。これを随時行うことにより、指令統合部３５は、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置指令値Ｐから、新たな位置指令値Ｐ’を求める。
Then, the
そして、この新たな位置指令値Ｐ’を座標変換部３１がロボット座標に変換し、実行部３５１が実行することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力が加わった衝撃を緩和し、ロボット１Ａに接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。
Then, the coordinate
このような駆動制御部３Ｂによれば、ロボットアーム１０Ａが、ワークＷ１とワークＷ２とを、これらが互いに接近する方向に押し付けることができる。また、押し付けた力の程度を容易に調整することができ、ワークＷ１とワークＷ２とを良好に密着させることができる。
なお、ロボットアーム１０Ｂは、位置制御のみを行う構成であってもよい。
According to such a
The
ここで、図３に示すように、ワークＷ１が平板状の状態から反っていることがある。図３に示すように、中央部がワークＷ２側に突出するように沿っている場合、ワークＷ１およびワークＷ２が良好に密着することができないため、ワークＷ１とワークＷ２とを良好に接合することが困難である。これに対し、本願発明では、以下のような方法により、図３に示すような状態のワークＷ１およびワークＷ２であっても、良好な接合を実現することができる。 Here, as shown in FIG. 3, the workpiece W1 may warp from a flat plate state. As shown in FIG. 3, when the central portion protrudes toward the work W2, the work W1 and the work W2 cannot be in good contact with each other. is difficult. On the other hand, according to the present invention, even with the work W1 and the work W2 in the state shown in FIG. 3, good joining can be realized by the following method.
まず、図３に示すように、ロボットアーム１０Ａを用いてワークＷ１の中央部をワークＷ２の中央部に押し付ける。すなわち、ワークＷ１とワークＷ２とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とする（第１工程）。この際、位置制御または力制御により所定の位置にエンドエフェクター２０Ａを移動させることにより押圧状態とする。そして、押圧状態において力検出部１９が検出する検出結果、すなわち、ロボットアーム１０Ａに加わる力に基づいて、ワークＷ１とワークＷ２とが接合に適した適合状態であるか否かを判定する（第２工程）。この判定は、ロボットアーム１０Ａに加わる力が、判定基準としての第１所定範囲内であるか否かに基づいてなされる。第１所定範囲とは、接合が良好になされる程度にワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の値の範囲であり、予め実験的に求められている。
First, as shown in FIG. 3, the
ロボットアーム１０Ａに加わる力が第１所定範囲内である場合、ロボットアーム１０Ｂを用いてワークＷ１の中央部とワークＷ２の中央部とを溶接し、接合する接合作業を実行する（第３工程）。
When the force applied to the
次いで、図４に示すように、さらに、押圧箇所を変えて押圧しながら上記のように接合を実行する（第４工程）。図示の構成では、ワークＷ１とワークＷ２との図中右側の縁部に対応する箇所を押圧する。この際、接合を実行するか否かの判定は、押圧状態においてロボットアーム１０Ａに加わる力、すなわち、反力が、判定基準としての第２所定範囲内であるか否かに基づいてなされる。第２所定範囲とは、接合が良好になされる程度にワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の値の範囲であり、予め実験的に求められている。
Next, as shown in FIG. 4, the bonding is performed as described above while changing the pressing position and pressing (fourth step). In the illustrated configuration, the parts corresponding to the edges on the right side of the drawing of the workpieces W1 and W2 are pressed. At this time, the determination as to whether or not to perform joining is made based on whether or not the force applied to the
次いで、図５に示すように、さらに、押圧箇所を変えて押圧しながら上記のように接合を実行する（第５工程）。図示の構成では、ワークＷ１とワークＷ２との図中左側の縁部に対応する箇所を押圧する。この際、接合を実行するか否かの判定は、押圧状態においてロボットアーム１０Ａに加わる力が、判定基準としての第３所定範囲内であるか否かに基づいてなされる。第３所定範囲とは、接合が良好になされる程度にワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の値の範囲であり、予め実験的に求められている。
Next, as shown in FIG. 5, the bonding is performed as described above while changing the pressing position and pressing (fifth step). In the illustrated configuration, the parts corresponding to the edges on the left side in the drawing of the workpieces W1 and W2 are pressed. At this time, the determination as to whether or not to perform joining is made based on whether or not the force applied to the
なお、第１所定範囲～第３所定範囲は、上限および下限が同じであってもよく異なっていてもよいが、押圧部位に応じて、ワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の大きさは、予め実験的に求められた範囲であることが好ましい。 The upper and lower limits of the first predetermined range to the third predetermined range may be the same or different. It is preferable that the magnitude of the force that can be generated is in a range experimentally obtained in advance.
このように、本発明の接合方法は、力検出部１９を有する第１ロボットアームであるロボットアーム１０Ａと、接合部２０２を有する第２ロボットアームであるロボットアーム１０Ｂと、を用いて第１部品であるワークＷ１と第２部品であるワークＷ２とを接合する接合方法である。また、本発明の接合方法は、ロボットアーム１０Ａを用いてワークＷ１とワークＷ２とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とする第１工程と、押圧状態おける力検出部１９の検出結果に基づいて、ワークＷ１とワークＷ２とが接合に適した適合状態であるか否かを判定する第２工程と、第２工程で適合状態であると判定した場合、ロボットアーム１０Ｂの接合部２０２を用いて、押圧状態を維持しつつワークＷ１とワークＷ２とを接合する接合作業を実行する第３工程と、を有する。これにより、ワークＷ１およびワークＷ２が反り等の変形により、良好に密着していない場合であっても、適合状態とすることができ、ワークＷ１およびワークＷ２の接合を良好に行うことができる。また、接合に適さないワークＷ１およびワークＷ２を無理やり接合してしまうのを防止することができる。よって、歩留まりを高めることができる。
In this manner, the joining method of the present invention uses the
また、本発明のロボットシステム１００は、力検出部１９を有する第１ロボットアームであるロボットアーム１０Ａと、接合部２０２を有する第２ロボットアームであるロボットアーム１０Ｂと、ロボットアーム１０Ａおよびロボットアーム１０Ｂの作動を制御する制御部である２つの制御装置３と、を備え、第１部品であるワークＷ１と第２部品であるワークＷ２とを接合するものである。また、各制御装置３は、ロボットアーム１０Ａを用いてワークＷ１とワークＷ２とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とし、押圧状態おける力検出部１９の検出結果に基づいて、ワークＷ１とワークＷ２とが接合に適した適合状態であるか否かを判定し、適合状態であると判定した場合、ロボットアーム１０Ｂの接合部２０２を用いて、押圧状態を維持しつつワークＷ１とワークＷ２とを接合する接合作業を実行する。これにより、ワークＷ１およびワークＷ２が反り等の変形により、良好に密着していない場合であっても、適合状態とすることができ、ワークＷ１およびワークＷ２の接合を良好に行うことができる。また、接合に適さないワークＷ１およびワークＷ２を無理やり接合してしまうのを防止することができる。よって、歩留まりを高めることができる。
Further, the
なお、本実施形態では、２つの制御装置３により制御部が構成されている場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、１つの制御装置３がロボット１Ａおよびロボット１Ｂの双方の作動を制御する構成であってもよい。この場合、１つの制御装置３が制御部を構成する。
In this embodiment, the case where the control unit is configured by two
また、本実施形態では、ロボットアーム１０Ａおよびロボットアーム１０Ｂは、それぞれ、別のロボットに属する、すなわち、ロボットアーム１０Ａは、ロボット１Ａの構成要件であり、ロボットアーム１０Ｂは、ロボット１Ｂの構成要件である場合について説明したが、ロボットアーム１０Ａおよびロボットアーム１０Ｂが１つのロボットに属する構成であってもよい。すなわち、ロボットアーム１０Ａおよびロボットアーム１０Ｂを有する双腕ロボットであってもよい。
Also, in this embodiment, the
また、第１工程では、所定の部位を押圧し、さらに、押圧箇所を変えて押圧しながら接合する第４工程および第５工程と、を有する。このような第４工程および第５工程を行うことにより、ワークＷ１およびワークＷ２の歪みを逐次矯正して万遍なく接合することができる。 Further, the first step includes pressing a predetermined portion, and further includes fourth and fifth steps of joining while pressing while changing the pressed portion. By performing such fourth and fifth steps, distortions of the workpieces W1 and W2 can be corrected one by one and evenly joined.
また、第４工程および第５工程では、押圧位置ごとに異なる判定基準で判定する。これにより、押圧位置ごとに適した判断を行うことができる。よって、ワークＷ１およびワークＷ２をさらに良好に接合することができる。 Further, in the fourth step and the fifth step, determination is made using different determination criteria for each pressing position. As a result, it is possible to make a suitable determination for each pressing position. Therefore, the work W1 and the work W2 can be joined more satisfactorily.
また、適合状態は、反力の大きさが所定の範囲内の状態である。このように、上限および下限の範囲内で幅を持たせることにより、接合を行うか否かの判断をより的確に行うことができる。 Also, the conforming state is a state in which the magnitude of the reaction force is within a predetermined range. In this way, by providing a range within the range of the upper limit and the lower limit, it is possible to more accurately determine whether or not to perform joining.
また、適合状態は、反力の方向と押圧方向との乖離度が所定の閾値以下、例えば、２０°以下である状態としてもよい。反力の方向と押圧方向との乖離度に基づいて接合を行うか否かの判断を行うことにより、正確な判断を行うことができる。 Also, the conforming state may be a state in which the degree of divergence between the direction of the reaction force and the pressing direction is less than or equal to a predetermined threshold value, for example, less than or equal to 20°. An accurate determination can be made by determining whether or not to perform joining based on the degree of divergence between the direction of the reaction force and the pressing direction.
次に、ロボットシステム１００が行う制御動作について説明する。
まず、第１基準値～第３基準値を決定する際の制御動作について、図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、第１基準値～第３基準値は、幅を持った値であり、それぞれ、上限値および下限値を持った範囲とする。
Next, control operations performed by the
First, the control operation when determining the first to third reference values will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that, in the following description, the first to third reference values are values with a range, and each range has an upper limit value and a lower limit value.
まず、ステップＳ１０１において、ワークをセットする。すなわち、手作業により、図示しないステージ上にワークＷ２およびワークＷ１の順で重ねて配置する。次いで、ステップＳ１０２において、ワークＷ１およびワークＷ２の歪みの傾向を確認する。本ステップでは、図示しない撮像部や、その他のセンサーを用いて行ってもよく、作業者が目視で確認し、その結果を入力する構成であってもよい。 First, in step S101, a work is set. In other words, the work W2 and the work W1 are manually stacked on a stage (not shown) in this order. Next, in step S102, the distortion tendencies of the workpieces W1 and W2 are checked. This step may be performed using an imaging unit (not shown) or other sensors, or may be configured such that the operator visually confirms and inputs the result.
次いで、ステップＳ１０３において、力制御（力覚制御）の動作の決定を行う。すなわち、ワークＷ１およびワークＷ２の変形の程度に応じて、押し込みの程度を決定する。例えば、ワークＷ１が上側に向かって突出するよう変形している場合、ワークＷ１を下方に押し込んで接合を行う動作プログラムを生成する。例えば、ワークＷ１が下側に向かって突出するよう変形している場合、ワークＷ１を下方に押し込んで中央部の接合を行い、その後、縁部を押さえて接合する動作を複数個所で行う動作プログラムを生成する。例えば、ワークＷ２が上側に向かって突出するよう変形している場合、ワークＷ２を下方に押し込んで接合を行う動作プログラムを生成する。例えば、ワークＷ２が下側に向かって突出するよう変形している場合、ワークＷ２を下方に押し込んで縁部の接合を行い、その後、中央部を引き上げて接合する動作を複数個所で行う動作プログラムを生成する。 Next, in step S103, the operation of force control (haptic control) is determined. That is, the degree of pushing is determined according to the degree of deformation of the workpieces W1 and W2. For example, when the workpiece W1 is deformed to protrude upward, an operation program is generated for pushing the workpiece W1 downward for joining. For example, when the workpiece W1 is deformed to protrude downward, the workpiece W1 is pushed downward to join the center portion, and then the edge portion is pressed to join at a plurality of locations. to generate For example, when the work W2 is deformed to protrude upward, an operation program is generated for pushing the work W2 downward for joining. For example, when the work W2 is deformed to protrude downward, the work W2 is pushed downward to join the edges, and then the central part is pulled up to join at a plurality of locations. to generate
次いで、ステップＳ１０４において、ロボットアーム１０Ａを用いて、ワークＷ１を把持し、ステップＳ１０５において、組込位置に移動させる。そして、ステップＳ１０６において、さらにワークＷ１を押し込み、力を加えていく。
Next, in step S104, the
次いで、Ｓ１０７において、目視で密着が確認できた状態におけるロボットアーム１０Ａが受ける反力を下限値に設定する。
Next, in S107, the reaction force received by the
次いで、ステップＳ１０８において、ワークＷ１にさらに力を加えていき、ステップＳ１０９において、目視でワークＷ１およびワークＷ２の変形が過剰になってしまった状態におけるロボットアーム１０Ａが受ける反力を上限値に設定する。
Next, in step S108, further force is applied to the work W1, and in step S109, the reaction force received by the
次いで、ステップＳ１１０において、他のワークＷ１においても上記のような動作を繰り返し、ステップＳ１１１において、各作業において下限値および上限値を決定する。そして、ステップＳ１１２において、組込動作（押付動作）を一連で確認する。すなわち、各押付動作に基づいて、作業時に行う押付動作の動作プログラムを生成する。なお、１回の作業において、押付部位を変更しつつ上記のようにして押付部位ごとに下限値および上限値を設定してもよい。 Next, in step S110, the above operation is repeated for another work W1, and in step S111, the lower limit value and upper limit value are determined for each work. Then, in step S112, the assembling operation (pressing operation) is confirmed in series. That is, based on each pressing motion, an operation program for pressing motions to be performed during work is generated. In one operation, the lower limit value and the upper limit value may be set for each pressing portion as described above while changing the pressing portion.
また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向および各軸回りの方向ごとに上限値および下限値を設定してもよい。
以上のようにして、第１所定範囲～第３所定範囲を決定する。
Also, upper and lower limits may be set for each of the X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, and directions around each axis.
As described above, the first predetermined range to the third predetermined range are determined.
このようなステップＳ１０１～ステップＳ１１２が、判定基準設定工程である。このように、本発明の接合方法は、後述する第１工程に先立って、適合状態であるか否かの判定基準を求める判定基準設定工程である。このような判定基準設定工程を経ることにより、より正確な判定基準を設定することができる。 Such steps S101 to S112 are the determination criterion setting process. As described above, the joining method of the present invention is a criterion setting step for obtaining a criterion for determining whether or not the state is conforming prior to the first step described later. Through such a criterion setting process, a more accurate criterion can be set.
次に、図７に示すフローチャートを用いて、本発明の接合方法の一例について説明する。なお、以下では、１回の押圧操作において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿った方向にそれぞれ押圧し、接合を行う場合について説明する。 Next, an example of the joining method of the present invention will be described with reference to the flow chart shown in FIG. A case will be described below in which bonding is performed by pressing in directions along the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction in one pressing operation.
まず、ステップＳ２０１において、ＸＹＺ押付接合動作（事前評価）を開始する。すなわち、前述したような押し付け動作を開始する。次いで、ステップＳ２０２において、Ｘ軸方向への押付動作を実施するか否かを判断する。本ステップにおける判断は、上記のように生成した動作プログラムに、Ｘ軸方向への押付動作を実施する単位プログラムが含まれるか否かに基づいてなされる。 First, in step S201, the XYZ pressing and joining operation (preliminary evaluation) is started. That is, the pressing operation as described above is started. Next, in step S202, it is determined whether or not to perform the pressing operation in the X-axis direction. The determination in this step is made based on whether or not the motion program generated as described above includes a unit program for performing a pressing motion in the X-axis direction.
ステップＳ２０２において、Ｘ軸方向への押付動作を実施すると判断した場合、ステップＳ２０３において、Ｘ軸方向への押付動作を実施する。一方、ステップＳ２０２において、Ｘ軸方向への押付動作を実施しないと判断した場合、ステップＳ２０５に移行する。 When it is determined in step S202 that the pressing motion in the X-axis direction is to be performed, in step S203, the pressing motion in the X-axis direction is performed. On the other hand, when it is determined in step S202 that the pressing operation in the X-axis direction is not to be performed, the process proceeds to step S205.
次いで、ステップＳ２０４において、反力が所定の力の範囲内か否かを判断する。ステップＳ２０４において、所定の力の範囲内であると判断した場合、ステップＳ２０５に移行する。ステップＳ２０４において、反力が所定の力の範囲内ではないと判断した場合、ステップＳ２０６において、所定の時間を超過したか否かを判断する。ステップＳ２０６において、所定の時間を超過したと判断した場合、接合に適さない状態であると判断し、ステップＳ２１４において、接合を中止する。ステップＳ２０６において、所定の時間を超過していないと判断した場合、ステップＳ２０４に戻る。 Next, in step S204, it is determined whether or not the reaction force is within a predetermined force range. If it is determined in step S204 that the force is within the predetermined force range, the process proceeds to step S205. If it is determined in step S204 that the reaction force is not within the predetermined force range, it is determined in step S206 whether or not a predetermined period of time has elapsed. If it is determined in step S206 that the predetermined time has passed, it is determined that the state is not suitable for bonding, and in step S214 bonding is stopped. If it is determined in step S206 that the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S204.
ステップＳ２０５では、Ｙ軸方向への押付動作を実施するか否かを判断する。本ステップにおける判断は、上記のように生成した動作プログラムに、Ｙ軸方向への押付動作を実施する単位プログラムが含まれるか否かに基づいてなされる。 In step S205, it is determined whether or not to perform a pressing operation in the Y-axis direction. The determination in this step is made based on whether or not the motion program generated as described above includes a unit program for performing a pressing motion in the Y-axis direction.
ステップＳ２０５において、Ｙ軸方向への押付動作を実施すると判断した場合、ステップＳ２０７において、Ｙ軸方向への押付動作を実施する。一方、ステップＳ２０５において、Ｙ軸方向への押付動作を実施しないと判断した場合、ステップＳ２１０に移行する。 If it is determined in step S205 to perform the pressing operation in the Y-axis direction, in step S207, the pressing operation in the Y-axis direction is performed. On the other hand, when it is determined in step S205 that the pressing operation in the Y-axis direction is not to be performed, the process proceeds to step S210.
次いで、ステップＳ２０８において、反力が所定の力の範囲内か否かを判断する。ステップＳ２０８において、所定の力の範囲内であると判断した場合、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２０８において、反力が所定の力の範囲内ではないと判断した場合、ステップＳ２０９において、所定の時間を超過したか否かを判断する。ステップＳ２０９において、所定の時間を超過したと判断した場合、接合に適さない状態であると判断し、ステップＳ２１４において、接合を中止する。ステップＳ２０９において、所定の時間を超過していないと判断した場合、ステップＳ２０８に戻る。 Next, in step S208, it is determined whether the reaction force is within a predetermined force range. If it is determined in step S208 that the force is within the predetermined force range, the process proceeds to step S210. If it is determined in step S208 that the reaction force is not within the predetermined force range, it is determined in step S209 whether or not a predetermined time has elapsed. If it is determined in step S209 that the predetermined time has passed, it is determined that the state is not suitable for bonding, and in step S214 bonding is stopped. If it is determined in step S209 that the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S208.
次いで、ステップＳ２１０において、Ｚ軸方向への押付動作を実施するか否かを判断する。本ステップにおける判断は、上記のように生成した動作プログラムに、Ｚ軸方向への押付動作を実施する単位プログラムが含まれるか否かに基づいてなされる。 Next, in step S210, it is determined whether or not to perform a pressing operation in the Z-axis direction. The determination in this step is made based on whether or not the motion program generated as described above includes a unit program for performing a pressing motion in the Z-axis direction.
ステップＳ２１０において、Ｚ軸方向への押付動作を実施すると判断した場合、ステップＳ２１１において、Ｚ軸方向への押付動作を実施する。一方、ステップＳ２１０において、Ｚ軸方向への押付動作を実施しないと判断した場合、ステップＳ２１３に移行し、接合を実行する。 When it is determined in step S210 that the pressing motion in the Z-axis direction is to be performed, in step S211, the pressing motion in the Z-axis direction is performed. On the other hand, if it is determined in step S210 that the pressing operation in the Z-axis direction is not to be performed, the process proceeds to step S213 and bonding is performed.
次いで、ステップＳ２１２において、反力が所定の力の範囲内か否かを判断する。ステップＳ２１２において、所定の力の範囲内であると判断した場合、ステップＳ２１３に移行し、接合を実行する。ステップＳ２１２において、反力が所定の力の範囲内ではないと判断した場合、ステップＳ２１５において、所定の時間を超過したか否かを判断する。ステップＳ２１５において、所定の時間を超過したと判断した場合、接合に適さない状態であると判断し、ステップＳ２１４において、接合を中止する。ステップＳ２１５において、所定の時間を超過していないと判断した場合、ステップＳ２１２に戻る。 Next, in step S212, it is determined whether or not the reaction force is within a predetermined force range. If it is determined in step S212 that the force is within the predetermined force range, the process proceeds to step S213 to perform joining. If it is determined in step S212 that the reaction force is not within the predetermined force range, it is determined in step S215 whether or not a predetermined period of time has elapsed. If it is determined in step S215 that the predetermined time has passed, it is determined that the state is not suitable for bonding, and in step S214 the bonding is stopped. If it is determined in step S215 that the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S212.
このような接合方法によれば、ワークＷ１およびワークＷ２が反り等の変形により、良好に密着していない場合であっても、適合状態とすることができ、ワークＷ１およびワークＷ２の接合を良好に行うことができる。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ押圧するか否かを判断することにより、より接合に適した適合状態を得ることができる。さらに、接合に適さないワークＷ１およびワークＷ２を無理やり接合してしまうのを防止することができる。よって、歩留まりを高めることができる。 According to such a joining method, even if the workpiece W1 and the workpiece W2 are not in good contact due to deformation such as warping, they can be brought into a compatible state, and the workpiece W1 and the workpiece W2 can be joined satisfactorily. can be done. Further, by determining whether to press in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively, it is possible to obtain a fit state more suitable for joining. Furthermore, it is possible to prevent the work W1 and the work W2 that are not suitable for joining from being forcibly joined. Therefore, yield can be increased.
上記のような制御は、以下に説明するような構成のワークＷ１およびワークＷ２の接合の際に特に有効である。以下、ワークＷ１およびワークＷ２の構成例について図８および図９を用いて説明する。 The control as described above is particularly effective when joining workpieces W1 and W2 configured as described below. Configuration examples of the work W1 and the work W2 will be described below with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.
ワークＷ２は、中央部に開口を有する板状をなしている。また、ワークＷ２は、ワークＷ１の突起１０１と係合する穴部２０１を有する。穴部２０１は、Ｘ軸方向に沿って延在する長孔で構成される。また、穴部２０１は、＋Ｘ軸方向に向かって幅が漸減している。この漸減した部分の側面のうち、－Ｙ軸側の側面２０１Ａは、ワークＷ１の突起１０１を案内する案内面として機能する。なお、穴部２０１は、上記構成に限定されず、例えば、Ｙ軸方向に沿って延在する長孔で構成されていてもよい。
The work W2 has a plate shape with an opening in the center. Further, the work W2 has a
このような構成のワークＷ１およびワークＷ２は、上記のような押付動作を行う際、ワークＷ１を把持してＺ軸方向に押し付けるとともに、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿った方向にも押し付けることによって、突起１０１が－Ｙ軸側の側面２０１Ａや穴部２０１の＋Ｙ軸側の側面２０１Ｂに押し付けられて案内される。これにより、ワークＷ１およびワークＷ２の組み立てを容易かつ正確に行うことができる。さらに、前述したようなステップＳ２０１～ステップＳ２１５のような制御を行うことと、ワークＷ１およびワークＷ２が上記のような構成であることとの相乗効果によって、ワークＷ１およびワークＷ２の組み立てを、さらに容易かつ正確に行うことができる。
With the work W1 and the work W2 having such a configuration, when performing the pressing operation as described above, the work W1 is held and pressed in the Z-axis direction, and also pressed in the X-axis direction or the Y-axis direction. As a result, the
次に、ワークＷ１およびワークＷ２の別の構成例について、図１１～図１３を用いて説明する。 Next, another configuration example of the work W1 and the work W2 will be described with reference to FIGS. 11 to 13. FIG.
図１１に示すように、ワークＷ１およびワークＷ２は、組立状態において、固定部材Ｗ３によって固定される。固定部材Ｗ３は、ワークＷ１およびワークＷ２と係合し、Ｙ軸方向に沿って延在する長尺な部材で構成される。 As shown in FIG. 11, the work W1 and the work W2 are fixed by a fixing member W3 in the assembled state. The fixed member W3 is configured by a long member that engages with the work W1 and the work W2 and extends along the Y-axis direction.
図１２に示すように、固定部材Ｗ３のうち、＋Ｚ軸側の端部には、ワークＷ１と係合する第１係合部３０１が形成されている。また、図１３に示すように、固定部材Ｗ３のうち、－Ｙ軸側の端部には、ワークＷ２と係合する第２係合部３０２が形成されている。
As shown in FIG. 12, a first
第１係合部３０１は、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびＺ軸回りの方向にロボットアーム１０Ａを用いて押し付けることにより、ワークＷ１およびワークＷ２を位置決め、固定することができる。
The first
このような構成のワークＷ１、ワークＷ２および固定部材Ｗ３は、上記のような押付動作を行う際、ワークＷ１を把持してＺ軸方向に押し付けるとともに、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿った方向にも押し付けることによって、突起１０１が－Ｙ軸側の側面２０１Ａや穴部２０１の＋Ｙ軸側の側面２０１Ｂに押し付けられて案内される。これにより、ワークＷ１およびワークＷ２の組み立てを容易かつ正確に行うことができる。さらに、前述したようなステップＳ２０１～ステップＳ２１５のような制御を行うことと、ワークＷ１およびワークＷ２が上記のような構成であることとの相乗効果によって、ワークＷ１およびワークＷ２の組み立て、および、組立状態の維持を、さらに容易かつ正確に行うことができる。
The work W1, the work W2, and the fixed member W3 configured as described above hold the work W1 and press it in the Z-axis direction when performing the pressing operation as described above, and also move the work W1 in the direction along the X-axis direction or the Y-axis direction. Also, the
以上、本発明の接合方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。 As described above, the bonding method of the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, but the present invention is not limited thereto. Also, each part that constitutes the robot system can be replaced with an arbitrary configuration capable of exhibiting the same function. Moreover, arbitrary components may be added.
なお、前記実施形態では、ワークＷ１をワークＷ２に向かって押し付けることにより、押圧状態とする構成について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、ワークＷ１およびワークＷ２の一方を他方に向かって引っ張るように吸引することにより押圧状態とする構成であってもよい。 In the above-described embodiment, the configuration in which the work W1 is pushed toward the work W2 to be in the pressed state has been described, but the present invention is not limited to this. It may be configured to be in a pressed state by sucking so as to pull toward it.
例えば、図１４に示すように、ワークＷ２の中央部がワークＷ１と反対側、すなわち、ステージ側に突出するように沿っている場合、まず、図１４に示すように、ロボットアーム１０Ａを用いてワークＷ１の縁部をワークＷ２に押し付ける（第１工程）。このとき、ワークＷ１の中央部とワークＷ２の中央部とは、離間した状態である。そして、この押圧状態において、力検出部１９が検出する検出結果、すなわち、ロボットアーム１０Ａに加わる力に基づいて、ワークＷ１とワークＷ２とが接合に適した適合状態であるか否かを判定する（第２工程）。この判定は、ロボットアーム１０Ａに加わる力が、判定基準としての第１所定範囲内であるか否かに基づいてなされる。第１所定範囲とは、接合が良好になされる程度にワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の値の範囲であり、予め実験的に求められている。
For example, as shown in FIG. 14, when the central portion of the work W2 is along the opposite side of the work W1, that is, along the stage so as to protrude, the
なお、ロボットアーム１０ＡがワークＷ２を引っ張っている部分は、ワークＷ１の平面視で、ワークＷ１とはずれている。
The portion where the
ロボットアーム１０Ａに加わる力が第１所定範囲内である場合、ロボットアーム１０Ｂを用いてワークＷ１の縁部とワークＷ２の縁部とを溶接し、接合する接合作業を実行する（第３工程）。
When the force applied to the
次いで、図１５に示す状態から、ワークＷ２の中央部を吸引、把持して、ワークＷ２をワークＷ１側に引っ張って押圧状態とする。この際、接合を実行するか否かの判定は、押圧状態においてロボットアーム１０Ａに加わる力、すなわち、反力が、判定基準としての第２所定範囲内であるか否かに基づいてなされる。第２所定範囲とは、接合が良好になされる程度にワークＷ１とワークＷ２とが密着した状態とみなすことができる力の値の範囲であり、予め実験的に求められている。
Next, from the state shown in FIG. 15, the central portion of the work W2 is sucked and gripped, and the work W2 is pulled toward the work W1 to be in a pressed state. At this time, the determination as to whether or not to perform joining is made based on whether or not the force applied to the
ロボットアーム１０Ａに加わる力が第２所定範囲内であった場合、図１６に示すように、ワークＷ１の中央部とワークＷ２の中央部とが密着した状態において、ロボットアーム１０Ｂを用いて、ワークＷ１とワークＷ２との中央部を接合する。
When the force applied to the
１Ａ…ロボット、１Ｂ…ロボット、３…制御装置、３Ａ…目標位置設定部、３Ｂ…駆動制御部、３Ｃ…記憶部、４…教示装置、１０Ａ…ロボットアーム、１０Ｂ…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、２０Ａ…エンドエフェクター、２０Ｂ…エンドエフェクター、２０Ｃ…押圧部、３０…位置制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…力制御部、３５…指令統合部、１００…ロボットシステム、１０１…突起、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２０１…穴部、２０１Ａ…側面、２０１Ｂ…側面、２０２…接合部、３０１…第１係合部、３０２…第２係合部、３５１…実行部、ＣＰ…制御点、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｐ…位置指令値、Ｐ'…位置指令値、Ｓｔ…目標位置、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｗ１…ワーク、Ｗ２…ワーク、Ｗ３…固定部材、ｄ…仮想粘性係数、ｋ…仮想弾性係数、ｍ…仮想質量係数、ΔＳ…力由来補正量、ΔｆＳ…力偏差
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第１ロボットアームを用いて前記第１部品と前記第２部品とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とする第１工程と、
前記押圧状態おける前記力検出部の検出結果に基づいて、前記第１部品と前記第２部品とが接合に適した適合状態であるか否かを判定する第２工程と、
前記第２工程で前記適合状態であると判定した場合、前記第２ロボットアームの前記接合部を用いて、前記押圧状態を維持しつつ前記第１部品と前記第２部品とを接合する接合作業を実行する第３工程と、を有することを特徴とする接合方法。 A joining method for joining a first part and a second part by using a first robot arm having a force detection part and a second robot arm having a joining part,
a first step in which the first robot arm is used to press the first component and the second component in a direction toward each other to be in a pressed state;
a second step of determining whether or not the first component and the second component are in a compatible state suitable for joining, based on the detection result of the force detection unit in the pressed state;
Joining operation of joining the first part and the second part while maintaining the pressing state by using the joining part of the second robot arm when it is determined in the second step that the compatible state is achieved. and a third step of performing
前記押圧状態は、前記第１部品および前記第２部品の位置決めおよび歪み矯正がなされた状態である請求項１に記載の接合方法。 The first part and the second part have a structure that enables positioning and distortion correction by being pressed against each other,
2. The joining method according to claim 1, wherein said pressed state is a state in which said first component and said second component are positioned and distortion is corrected.
さらに、押圧箇所を変えて押圧しながら接合する第４工程と、を有する請求項１または２に記載の接合方法。 In the first step, a predetermined portion is pressed,
3. The joining method according to claim 1 or 2, further comprising a fourth step of joining while changing pressing positions and pressing.
前記制御部は、
前記第１ロボットアームを用いて前記第１部品と前記第２部品とを互いに接近する方向に押圧して押圧状態とし、
前記押圧状態おける前記力検出部の検出結果に基づいて、前記第１部品と前記第２部品とが接合に適した適合状態であるか否かを判定し、
前記適合状態であると判定した場合、前記第２ロボットアームの前記接合部を用いて、前記押圧状態を維持しつつ前記第１部品と前記第２部品とを接合する接合作業を実行することを特徴とするロボットシステム。 a first robot arm having a force detection unit; a second robot arm having a joint; and a control unit for controlling operations of the first robot arm and the second robot arm. A robot system that joins parts,
The control unit
using the first robot arm to press the first component and the second component in a direction in which they approach each other into a pressed state;
determining whether or not the first part and the second part are in a compatible state suitable for joining based on the detection result of the force detection unit in the pressed state;
performing a joining operation of joining the first part and the second part while maintaining the pressing state by using the joint portion of the second robot arm when the conforming state is determined to be present; A robot system characterized by:
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2021
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