JP2652549B2

JP2652549B2 - パレットに立設したピンに筒状部材を嵌入する方法および装置

Info

Publication number: JP2652549B2
Application number: JP63049375A
Authority: JP
Inventors: 智一千代; 皓之氏本
Original assignee: NITSUTA KK
Current assignee: NITSUTA KK
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01222880A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ロボットを利用して、パレットに立設さ
れたピンに筒状の部材を嵌入する方法および装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

自動車その他の工場で筒状の部材を焼入れ加工等する
場合、パレットに多数のピンを適当な間隔をあけて立設
し、これらのピンに当該部材を嵌入させた状態でパレッ
トごと加熱処理をするという方法が採られている。この
際に各ピンに当該筒状部材を嵌入させる作業は、従来、
人間が手作業によって行っていた。このため、作業に手
間がかかると共に作業に要する時間も長くなり、生産コ
ストの上昇にもつながるので、この作業をロボットによ
って行わせることが要請されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ロボットによって嵌入作業をするため
には、各ピンの位置を検出し、筒状部材の孔をピンの先
端と合致させ、その状態で筒状部材を下降して嵌入す
る、という各段階を経る必要がある。しかも、各ピン
は、パレットの片面にそれに直角となるようにかつ所定
の間隔をおいて配置されるが、ピンの取付けの際の誤差
により、パレットとの直角度およびピンの取付け位置が
必ずしも正確でない。このため、ロボット自身が実際の
ピンの位置を認識して嵌入作業を行わなければならな
い。この認識の方法として、視覚を利用する方法すなわ
ちテレビカメラ等によってロボットにピンの位置や状態
を視覚的に認識させる方法があるが、これは非常にコス
ト高となるため実際的ではない。

そこで、この発明は、上述したような筒状部材をピン
に嵌入する作業をロボットにより行わせることができる
方法および装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、構成が簡単であり、しかも低
コストで実施することができる上述した作業を行う方法
および装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

これらの目的を達成するため、この発明では次のよう
な技術的手段を講じている。

すなわち、第１の発明は、ピンを立設して成るパレッ
トと、力とモーメントを感知するセンサを介してワーク
である筒状部材を掴むようにしたロボットを備え、当該
ロボットにより筒状部材を、これの一端面がピンの一端
に当接するまで移動せしめた後に、ピンから筒状部材が
受けるモーメントをセンサで検出しながら、ロボットに
より筒状部材をピンに嵌入する方法であって、上記筒状
部材とピンとの当接の際に生じる、筒状部材の長軸に直
角な方向の軸の周りのモーメントを上記センサーによっ
て感知し、センサーの座標軸を回転させることによって
これらモーメントのうちの１つが０となる方向をロボッ
トに認識させることにより、筒状部材の長軸周りの螺旋
運動の方向を決定する段階と、上記方向決定にしたがっ
て、上記筒状部材をピンとの当接位置を始点として徐々
に収束する螺旋運動をさせる段階と、筒状部材に長軸方
向に作用する力がほぼ０となるのを上記センサーによっ
て感知し、筒状部材をピンに嵌入させる段階とから成る
ものである。

第２の発明は、ピンを立設して成るパレットと、力と
モーメントを感知するセンサを介してワークである筒状
部材を掴むようにしたロボットを備え、当該ロボットに
より筒状部材を、これの一端面がピンの一端に当接する
まで移動せしめた後に、ピンから筒状部材が受けるモー
メントをセンサで検出しながら、ロボットにより筒状部
材をピンに嵌入する装置であって、上記筒状部材とピン
との当接の際に生じる、筒状部材の長軸に直角な方向の
軸の周りのモーメントを上記センサーによって感知し、
センサーの座標軸を回転させることによってこれらモー
メントのうちの１つが０となる方向をロボットに認識さ
せることにより、筒状部材の長軸周りの螺旋運動の方向
を決定する手段と、上記方向決定にしたがって、上記筒
状部材をピンとの当接位置を始点として徐々に収束する
螺旋運動をさせる手段と、筒状部材に長軸方向に作用す
る力がほぼ０となるのを上記センサーによって感知し、
筒状部材をピンに嵌入させる手段とを備えている。

〔作用〕

ロボットにより掴まれた筒状部材の一端面がピンの一
端に当接状態になると、筒状部材の長軸に直角な方向の
軸の周りのモーメントはセンサーによって感知され、セ
ンサーの座標軸は回転せしめられて前記モーメントのう
ちの１つが０となる方向をロボットが認識する。これに
より、筒状部材の長軸周りの螺旋運動の方向が決定され
る。

ここで、上記方向決定にしたがって、筒状部材はピン
との当接位置を始点として徐々に収束する螺旋運動を行
い、ピンに筒状部材の孔を合致させる。

筒状部材の孔がピンの合致すると、筒状部材が長軸方
向に受ける力は０となるので、筒状部材はピンへの嵌入
を開始する。

なお、この発明では、筒状部材をピンのある方向に向
けて螺旋運動をさせており、更に、螺旋運動せしめられ
ている筒状部材はピンに対して、最初に当接した時点の
これら相互の芯相互間距離以上に離れることなく徐々に
近づくようになるから、筒状部材の一端面がピンの一端
から外れることはないものとなる。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の実施例について説
明する。

第２図において、（１）は水平に置かれたパレットで
あり、矩形平板状のプレート部（２）と、その周縁部に
立設された支持杆（３）によって支持されたプレート部
（２）に平行な枠（４）から構成されている。枠（４）
は、さらに内側か区切られて４つの矩形のエリア（５）
に分けられている。また、プレート部（２）には、複数
のピン（６）がプレート部（２）にほぼ直角に立設され
ているが、各ピン（６）は上記各エリア（５）内に整列
して配置されている。すなわち、この実施例では、第３
図に見るように各エリア（５）に４本のピン（６）が相
互に所定の距離をおいて、かつ枠（４）の内側縁から一
定の距離をおいて並設されている。

（７）はロボットのアームで、先端には力とモーメン
トを感知するセンサ（８）が取り付けてあり、ロボット
のグリッパ（９）はこのセンサ（８）を介してアーム
（７）に取り付けてある。グリッパ（９）は、筒状状部
材のワーク（10）の上端を掴むようになっており、ワー
ク（10）をその長軸を垂直に保持して移動することがで
きるようになっている。このロボットは、長軸が垂直と
なるように置かれた多数の円筒状部材からグリッパ
（９）によって１つを取り上げ、パレット（１）の上方
まで移動した後、各ピン（６）の位置を検出しながら長
軸方向に形成された孔をピン（６）に嵌入するという作
業を行うものである。

次に、第１図を参照しつつロボットの作動について説
明する。

まず最初にパレット（１）をロボット・アーム（７）
の作動範囲内の所定位置に水平に置く。Ｘ、Ｙ、Ｚの３
軸を図のように定めると、パレット（１）はＸ−Ｙ平面
上にあり、ピン（６）はＺ軸方向に延びていることにな
る。水平に置くのは、パレット（１）に立設したピン
（６）を垂直にするためである。

続いて、ロボット・アーム（７）は、パレット（１）
と同じくロボット・アーム（７）の作動範囲内に垂直に
置かれた円筒状部材の１つすなわちワーク（10）をグリ
ッパ（９）によって取り上げ、パレット（１）の嵌入す
べきピン（６）のあるエリア（５）の上方に予め設定し
た基準点まで移動する。この基準点は、当該エリア
（５）の境界内にありかつその上方にあれば、任意の位
置に設定することができる。

次に、ロボット・アーム（７）は、前記エリア（５）
の中心位置を決定するため、以下のように作動する。す
なわち、第３図に見るように、ワーク（10）は、上記基
準点より下降すなわち−Ｚ方向に移動し、作業開始位置
（TP1）で停止する。この位置（TP1）は、グリッパ
（９）によって保持されているワーク（10）が水平方向
に移動すると、枠（４）に当接するような位置であれば
よい。続いてワーク（10）は、Ｘ軸に沿って＋Ｘ方向に
移動し、枠（４）に当接すると、ワーク（10）に作用す
る力F_Xをセンサ（８）が感知し、その信号によりロボッ
ト・アーム（７）は停止される。この境界位置（SP1）
は、ロボットに認識されると共に記憶される。境界位置
（SP1）に達すると、ロボット・アーム（７）はＹ軸に
沿って−Ｙ方向に移動し、ワーク（10）が枠（４）に当
接すると、センサ（８）が感知するＹ軸方向の力F_Yによ
りロボット・アーム（７）は境界位置（SP2）で停止さ
れる。

このようにして、エリア（５）を形成する枠（４）の
位置がロボットにより認識されると、予め測定し記憶さ
れている枠（４）ないしエリア（５）の寸法や形状を基
にエリア（５）の中心位置（TP2）を算出し、ワーク（1
0）は中心位置（TP2）まで移動する。この中心位置を決
定する段階のフローチャートは、第４図に示す通りであ
る。なお、このとき、同時に他のエリア（５）の中心位
置も算出される。

次の段階は、エリア（５）内の基準位置を検出する段
階である。この段階では、前段階でエリア（５）の中心
位置（TP2）に置かれたワーク（10）が、まずＸ−Ｙ平
面（水平面）に平行でＸ軸に対して45′の角度をなす方
向に移動され、Ｘ軸方向の力F_XとＹ軸方向の力F_Yを同時
にセンサ（８）が感知する基準位置すなわち角部で停止
する。すなわち、第５図〜第７図に見るように、ワーク
（10）が中心位置（TP2）から図に示す方向に移動して
Ｘ軸に平行な枠（４）に位置（SP3）で当接すると、ワ
ーク（10）に生じるＹ軸方向の力F_Yはセンサ（８）によ
って感知され、次にはこの枠（４）に沿って＋Ｘ方向へ
移動せしめられる。そして、Ｙ軸に平行な枠（４）に位
置（SP4）で当接すると、ワーク（10）にはＸ軸方向の
力F_Xも加わるので、ここでワーク（10）は停止する。基
準位置（SP4）は、この実施例では枠（４）ないしエリ
ア（５）の角部とされているが、このような位置に限ら
れるものではなく、中心位置（TP2）と一定の距離的関
係のある位置ならば任意の位置に設定することができ
る。基準位置（SP4）のＸ、Ｙ座標は、ロボットに認識
され記憶される。

続いて、ワーク（10）は、上記基準位置（SP4）から
下降すなわち−Ｚ方向に移動する。そして、ワーク（1
0）の下端がピン（６）の先端と接触すると、ワーク（1
0）に作用するＺ軸方向の力F_Zをセンサ（８）が感知
し、ワーク（10）の移動が停止される。それと同時に、
ロボットはピン（６）先端の位置を認識し、そのＺ座標
を記憶する。

ここまでの作動のフローチャートは、第８図に示すと
おりである。ここで、「手首軸回転」とあるのは、セン
サ（８）とグリッパ（９）の取り付けられているロボッ
ト・アーム（７）の手首を軸の周りに回転させてセンサ
の座標軸を45゜回転させることを意味し、「嵌入回数カ
ウント」とあるのは、円筒状部材をピン（６）に嵌入し
た回数を数えることを意味する。

なお、ワーク（10）の下降時にＺ軸方向に力が作用し
ない場合は、ワーク（10）の下端の開口とピン（６）が
合致したことを意味するので、その後直ちにグリッパ
（９）が開放されてワーク（10）の嵌入は終了する。

以上のようにしてワーク（10）がピン（６）の先端に
接触すると、ピン（６）の先端の位置がワーク（10）の
開口の位置と一致していないので、ワーク（10）にはＸ
軸周りやＹ軸周りのモーメントM_X、M_Yが作用する。そこ
で、これらのモーメントM_X、M_Yのいずれか（この実施例
ではM_Y）がほぼ０になる方向を、センサ（８）の座標軸
を回転させることによってロボットに認識させ、その方
向に応じてワーク（10）に右回りあるいは左回りの螺旋
運動を行わせる。

この螺旋運動は、予めロボットに記憶させておくもの
で、最初にワーク（10）下端がピン（６）の先端に接触
した位置を始点とし、ワーク（10）の中心が右回りある
いは左回りで螺旋を描きながら徐々に移動するものであ
る。これは第９図に示されている。

そして、ワーク（10）の開口がピン（６）と一致した
とき、ワーク（10）に生じるＺ軸方向の力F_Zは０となる
ため、これを感知してワーク（10）は螺旋運動を続けな
がら下降して行く。こうして、ワーク（10）のピン
（６）への嵌入が開始される。ここまでの作動のフロー
チャートは、第10図に示されている。

次の段階は、ワーク（10）を嵌入する力およびその方
向の修正である。すなわち、ワーク（10）の孔にピン
（６）が少し嵌入されると、ワーク（10）の螺旋運動は
Ｘ−Ｙ平面内ではピン（６）によって妨げられ、ワーク
（10）はＸ軸およびＹ軸周りのモーメントM_X、M_Yを受け
る。このため、このモーメントを０とするようにワーク
（10）の運動を修正し、滑らかに嵌入が行われるように
するのである。この作動のフローチャートは、第11図に
示されている。

そして、嵌入が完了すると、カウンタの数値を１だけ
減じると共に、ロボット・アーム（７）は再び上昇して
次のワーク（10）を掴むために円筒状部材の置いてある
場所まで移動する。さらに、次のワーク（10）を掴んだ
ロボット・アーム（７）は、第８図に示すように上記し
たエリア（５）の中心位置（TP2）まで移動し、以後は
上記と同様の方法で次のピン（６）に嵌入されるのであ
る。

なお、第12図に示すように、ピン（６）の傾斜が大き
い場合には、ロボット・アーム（７）にワーク（10）を
傾斜させる機能を設ければ、このような場合にも嵌入作
業を行うことが可能となる。

ところで、ワーク（10）を下降させても全くセンサ
（８）からの信号がない場合は、たとえばピン（６）が
折れてしまっていた場合や大きな取付位置の誤差のため
に嵌入できなかった場合であるが、この場合には、グリ
ッパ（９）の開放をすることなくロボット・アーム
（７）を再び上昇させ、他のピン（６）に嵌入させるよ
うにすることが可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、作業中
最も困難である、筒状部材とピンとが当接した時点から
筒状部材をピンに嵌入するまでの作業を、センサーが感
知する力とモーメントを利用して行うようにしているの
で、構成が簡単であると共に低コストである、という効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法の一実施例を示すフローチャ
ート。第２図は、この発明の方法を実施する装置の一実
施例を示す概略説明図。第３図は、枠のエリアの中心位
置を決定する段階のワークの動きを示すパレットの部分
拡大平面図。第４図は、第３図の段階の動作を示すフロ
ーチャート。第５図は、基準位置を検出する段階のワー
クの動きを示すパレットの部分拡大平面図。第６図は、
ワークが基準位置にあるときの状態を示す第５図と同様
の図。第７図は、第６図の状態の部分拡大正面図。、第
８図は、基準位置の検出とピン先端位置の検出の段階の
動作を示すフローチャート。第９図は、ワークの螺旋運
動の一例を示す図で、第９（ａ）図は平面図、第９
（ｂ）図は正面図。第10図は、ワークの螺旋運動の方向
の決定から嵌入の開始までの段階の動作を示すフローチ
ャート。第11図は、嵌入開始から終了までの動作を示す
フローチャート。第12図は、傾斜したピンにワークが嵌
入を始めた状態を示す正面断面図。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ピンを立設して成るパレットと、力とモー
メントを感知するセンサを介してワークである筒状部材
を掴むようにしたロボットを備え、当該ロボットにより
筒状部材を、これの一端面がピンの一端に当接するまで
移動せしめた後に、ピンから筒状部材が受けるモーメン
トをセンサで検出しながら、ロボットにより筒状部材を
ピンに嵌入する方法であって、上記筒状部材とピンとの
当接の際に生じる、筒状部材の長軸に直角な方向の軸の
周りのモーメントを上記センサーによって感知し、セン
サーの座標軸を回転させることによってこれらモーメン
トのうちの１つが０となる方向をロボットに認識させる
ことにより、筒状部材の長軸周りの螺旋運動の方向を決
定する段階と、上記方向決定にしたがって、上記筒状部
材をピンとの当接位置を始点として徐々に収束する螺旋
運動をさせる段階と、筒状部材に長軸方向に作用する力
がほぼ０となるのを上記センサーによって感知し、筒状
部材をピンに嵌入させる段階とから成ることを特徴とす
る方法。
【請求項２】ピンを立設して成るパレットと、力とモー
メントを感知するセンサを介してワークである筒状部材
を掴むようにしたロボットを備え、当該ロボットにより
筒状部材を、これの一端面がピンの一端に当接するまで
移動せしめた後に、ピンから筒状部材が受けるモーメン
トをセンサで検出しながら、ロボットにより筒状部材を
ピンに嵌入する装置であって、上記筒状部材とピンとの
当接の際に生じる、筒状部材の長軸に直角な方向の軸の
周りのモーメントを上記センサーによって感知し、セン
サーの座標軸を回転させることによってこれらモーメン
トのうちの１つが０となる方向をロボットに認識させる
ことにより、筒状部材の長軸周りの螺旋運動の方向を決
定する手段と、上記方向決定にしたがって、上記筒状部
材をピンとの当接位置を始点として徐々に収束する螺旋
運動をさせる手段と、筒状部材に長軸方向に作用する力
がほぼ０となるのを上記センサーによって感知し、筒状
部材をピンに嵌入させる手段とから成ることを特徴とす
る装置。