JP3187799B2 - 自動探り組立作業方法および装置 - Google Patents
自動探り組立作業方法および装置Info
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- JP3187799B2 JP3187799B2 JP36935099A JP36935099A JP3187799B2 JP 3187799 B2 JP3187799 B2 JP 3187799B2 JP 36935099 A JP36935099 A JP 36935099A JP 36935099 A JP36935099 A JP 36935099A JP 3187799 B2 JP3187799 B2 JP 3187799B2
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- JP
- Japan
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- axis
- end effector
- motion
- shaft member
- shaft
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D21/00—Systems comprising a plurality of actuated clutches
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
- B23P19/12—Alignment of parts for insertion into bores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
- B25J9/1687—Assembly, peg and hole, palletising, straight line, weaving pattern movement
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Automatic Assembly (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、組立作業用ロボッ
トの作業方法に関し、特に噛み合わせをする板状部材が
複数重なっている場合に、かみ合わせ位置を自動的に探
りながら組立作業を行う方法と装置に関する。
トの作業方法に関し、特に噛み合わせをする板状部材が
複数重なっている場合に、かみ合わせ位置を自動的に探
りながら組立作業を行う方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば多板式円板クラッチは、内板と
外板の２種類の摩擦板を互い違いに複数重ねたもので、
内板の内周に設けた歯をクラッチ本体に噛み合わせ、外
板の外周に設けた歯を相手側に噛み合わせることにより
構成する。このような円板クラッチを組立てるときは、
軸方向に歯を切ったクラッチ本体を内板と外板を交互に
重ねた摩擦板の中心の空間に差し入れ、クラッチ本体を
適当に回転させて最も手前の内板について内周の歯がク
ラッチ本体の歯と噛み合う位置を探る。クラッチ本体の
歯が内板の歯に係合すればクラッチ本体を次層の内板に
当たるまで押し込むことができ、係合した内板と一緒に
クラッチ本体を軸の周りに回転させながら適当に揺動さ
せて、さらに次の内板の噛み合い位置を探る。このよう
に、内板の歯とクラッチ本体の歯が噛み合う位置を探っ
ては押し込む動作を全ての内板について順次繰り返すこ
とにより組立てを完成する。
外板の２種類の摩擦板を互い違いに複数重ねたもので、
内板の内周に設けた歯をクラッチ本体に噛み合わせ、外
板の外周に設けた歯を相手側に噛み合わせることにより
構成する。このような円板クラッチを組立てるときは、
軸方向に歯を切ったクラッチ本体を内板と外板を交互に
重ねた摩擦板の中心の空間に差し入れ、クラッチ本体を
適当に回転させて最も手前の内板について内周の歯がク
ラッチ本体の歯と噛み合う位置を探る。クラッチ本体の
歯が内板の歯に係合すればクラッチ本体を次層の内板に
当たるまで押し込むことができ、係合した内板と一緒に
クラッチ本体を軸の周りに回転させながら適当に揺動さ
せて、さらに次の内板の噛み合い位置を探る。このよう
に、内板の歯とクラッチ本体の歯が噛み合う位置を探っ
ては押し込む動作を全ての内板について順次繰り返すこ
とにより組立てを完成する。
【０００３】クラッチ本体に係合する前の摩擦板は拘束
されていないため、内板の中心軸の位置および回転の向
きは固定されず、クラッチ本体を回転させる間に歯が逃
げたり、内板自体がクラッチ本体につれて動いてしまう
ので、噛み合わせ位置を探って内板にクラッチ本体を押
し込むためには、熟練した人の感触に頼らざるを得なか
った。
されていないため、内板の中心軸の位置および回転の向
きは固定されず、クラッチ本体を回転させる間に歯が逃
げたり、内板自体がクラッチ本体につれて動いてしまう
ので、噛み合わせ位置を探って内板にクラッチ本体を押
し込むためには、熟練した人の感触に頼らざるを得なか
った。
【０００４】従来においても、このような多板式円板ク
ラッチのように、位置の変化する複数の対象について噛
み合わせ位置を探りながら噛み合わせ部を持つ部品を順
次かみ合わせて軸方向に重ねることにより組み立てる作
業をロボットなどを用いて自動的に行う試みがなされて
おり、ワークにテーパを付けて案内する方法や、機械機
構を用いた単純な揺動探りで噛み合わせる方法が提案さ
れている（特開昭５７−１８４６３９や特開昭６２−２
０４０３５などを参照）。
ラッチのように、位置の変化する複数の対象について噛
み合わせ位置を探りながら噛み合わせ部を持つ部品を順
次かみ合わせて軸方向に重ねることにより組み立てる作
業をロボットなどを用いて自動的に行う試みがなされて
おり、ワークにテーパを付けて案内する方法や、機械機
構を用いた単純な揺動探りで噛み合わせる方法が提案さ
れている（特開昭５７−１８４６３９や特開昭６２−２
０４０３５などを参照）。
【０００５】しかし、ワークにテーパを設ける方法は噛
み合い位置を拡大する効果があるが、ワークに機能上必
要のない加工を施すため設計上の変更が必要である。ま
た、単純な揺動探りを用いる方法では、対象によって適
合するハンドが異なるので対象が変わるたびにハンドの
付け替えを行う必要がある。また、噛み合わせるプレー
トが一緒に動いたり、クラッチ本体と摩擦板がスタック
して作業が進行しない場合があったり、歯を探り当てる
までの時間が長くなるなどの問題は解消せず、的確で迅
速な作業を行うには十分でなかった。
み合い位置を拡大する効果があるが、ワークに機能上必
要のない加工を施すため設計上の変更が必要である。ま
た、単純な揺動探りを用いる方法では、対象によって適
合するハンドが異なるので対象が変わるたびにハンドの
付け替えを行う必要がある。また、噛み合わせるプレー
トが一緒に動いたり、クラッチ本体と摩擦板がスタック
して作業が進行しない場合があったり、歯を探り当てる
までの時間が長くなるなどの問題は解消せず、的確で迅
速な作業を行うには十分でなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明が解決し
ようとする課題は、組立作業用ロボットあるいは装置に
おいて、噛み合わせ部を内周に持ち位置が変化するプレ
ートが同軸上に何枚か重なっているところに、これに対
応する噛み合わせ部を持つ軸部材を順次挿入していく組
立作業を実現するため、探り動作の設定が容易で、噛み
合わせ位置を早く確実に探り当てることができ、かつ指
令信号生成時の演算負担が軽い作業アルゴリズムとそれ
を実行する装置を提供することである。
ようとする課題は、組立作業用ロボットあるいは装置に
おいて、噛み合わせ部を内周に持ち位置が変化するプレ
ートが同軸上に何枚か重なっているところに、これに対
応する噛み合わせ部を持つ軸部材を順次挿入していく組
立作業を実現するため、探り動作の設定が容易で、噛み
合わせ位置を早く確実に探り当てることができ、かつ指
令信号生成時の演算負担が軽い作業アルゴリズムとそれ
を実行する装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の自動探り組立作業方法は、軸部材を把持す
るエンドエフェクタに並進運動の２軸と傾斜運動の２軸
についてコンプライアンス制御を行い、並進運動の残り
の１軸方向に押し付け力を発生させ、さらに係合位置を
見つけるまではコンプライアンス中心の径方向への移動
を位相をずらしながら繰り返すことを特徴とする。ま
た、所定の時間内で噛み合わせが見つからないときは、
一旦押し付け力を緩めて運動させた上で再度通常の探り
作業を行わせるようにすることが好ましい。
め、本発明の自動探り組立作業方法は、軸部材を把持す
るエンドエフェクタに並進運動の２軸と傾斜運動の２軸
についてコンプライアンス制御を行い、並進運動の残り
の１軸方向に押し付け力を発生させ、さらに係合位置を
見つけるまではコンプライアンス中心の径方向への移動
を位相をずらしながら繰り返すことを特徴とする。ま
た、所定の時間内で噛み合わせが見つからないときは、
一旦押し付け力を緩めて運動させた上で再度通常の探り
作業を行わせるようにすることが好ましい。
【０００８】本発明の自動探り組立作業方法によれば、
エンドエフェクタ自体に複雑なコンプライアンス機構を
付属させないで、軸部材を穴あきプレートの係合位置に
挿入することができる。また、軸部材が探査領域を動き
回りながらプレート内周に設けられた噛み合い部の凹部
を探るので、噛み合わせ位置を素早く探り当てることが
できる。軸部材の先端外周部がプレート内周にある穴の
壁に引っ掛かると、エンドエフェクタに持たせたコンプ
ライアンスにより軸部材はプレートの穴に落ち込んで傾
斜し、さらにエンドエフェクタにより軸方向に押し付け
られているため姿勢を正しながら穴の中に進入する。な
お、コンプライアンス制御により部材には過大な力が掛
からないため、噛み合わせ部分を破損したりすることが
ない。
エンドエフェクタ自体に複雑なコンプライアンス機構を
付属させないで、軸部材を穴あきプレートの係合位置に
挿入することができる。また、軸部材が探査領域を動き
回りながらプレート内周に設けられた噛み合い部の凹部
を探るので、噛み合わせ位置を素早く探り当てることが
できる。軸部材の先端外周部がプレート内周にある穴の
壁に引っ掛かると、エンドエフェクタに持たせたコンプ
ライアンスにより軸部材はプレートの穴に落ち込んで傾
斜し、さらにエンドエフェクタにより軸方向に押し付け
られているため姿勢を正しながら穴の中に進入する。な
お、コンプライアンス制御により部材には過大な力が掛
からないため、噛み合わせ部分を破損したりすることが
ない。
【０００９】軸部材は径方向に動くので、穴あきプレー
トが中心位置からずれている場合にも軸部材の先端がプ
レートの穴に係合し易い。また、軸部材の中心が既にプ
レートの平面上にあるときは、軸部材が噛み合い位置を
探り当てることができないが、位相をずらせながら軸部
材の径方向運動を繰り返すことにより、やがて両者が係
合しやすい位置関係になり、係合位置を検出することが
できる。
トが中心位置からずれている場合にも軸部材の先端がプ
レートの穴に係合し易い。また、軸部材の中心が既にプ
レートの平面上にあるときは、軸部材が噛み合い位置を
探り当てることができないが、位相をずらせながら軸部
材の径方向運動を繰り返すことにより、やがて両者が係
合しやすい位置関係になり、係合位置を検出することが
できる。
【００１０】なお、所定の時間探り運動を行っても穴が
見つからないときは、対象プレートが軸部材と一緒に動
くため噛み合わせ位置に到達しない場合があるので、押
し付け力を緩めることでプレートと軸部材を一旦離し
て、再度探索動作を行って噛み合わせ位置を探索するよ
うにすればよい。軸部材が噛み合い位置にあれば、軸部
材に掛かっている適度な強度の押し付け力により、軸部
材がプレートの噛み合い部に進入していき、次のプレー
トの面に突き当たって止まる。ここで、次の探り作業を
繰り返す。このようなプレート噛み合わせ作業を必要な
数だけ繰り返すことにより探り組立作業を完成する。
見つからないときは、対象プレートが軸部材と一緒に動
くため噛み合わせ位置に到達しない場合があるので、押
し付け力を緩めることでプレートと軸部材を一旦離し
て、再度探索動作を行って噛み合わせ位置を探索するよ
うにすればよい。軸部材が噛み合い位置にあれば、軸部
材に掛かっている適度な強度の押し付け力により、軸部
材がプレートの噛み合い部に進入していき、次のプレー
トの面に突き当たって止まる。ここで、次の探り作業を
繰り返す。このようなプレート噛み合わせ作業を必要な
数だけ繰り返すことにより探り組立作業を完成する。
【００１１】また、径方向の運動軌道は、中心から外側
に向かって円弧を描く軌道を位相をずらせながら繰り返
すパターンであることが好ましい。このような軌道を用
いると、軸部材の動きが円滑で探り動作の設定が容易
で、かつ指令信号生成時の演算負担が小さく低機能な制
御装置でも十分に的確な作業を行うことができる。特
に、運動軌道のパターンを、 ｘ＝Ａx（ sin ωt ＋ sin ｎωt ） ｙ＝Ａy（ cos ωt ± cos ｎωt ） により与えるようにすることができる。このように探り
動作を簡単に設定することができる簡単な式を用いて描
かれる軌道であっても、軸部材が確実に穴を探り出すこ
とができる。また、簡単な三角関数を用いるもので、演
算に高度な演算能力を要求されることがなく、制御装置
は極く簡便なもので十分である。
に向かって円弧を描く軌道を位相をずらせながら繰り返
すパターンであることが好ましい。このような軌道を用
いると、軸部材の動きが円滑で探り動作の設定が容易
で、かつ指令信号生成時の演算負担が小さく低機能な制
御装置でも十分に的確な作業を行うことができる。特
に、運動軌道のパターンを、 ｘ＝Ａx（ sin ωt ＋ sin ｎωt ） ｙ＝Ａy（ cos ωt ± cos ｎωt ） により与えるようにすることができる。このように探り
動作を簡単に設定することができる簡単な式を用いて描
かれる軌道であっても、軸部材が確実に穴を探り出すこ
とができる。また、簡単な三角関数を用いるもので、演
算に高度な演算能力を要求されることがなく、制御装置
は極く簡便なもので十分である。
【００１２】さらに、制御アルゴリズムには軸部材の軸
周りに周期的な回転運動を行わせることを加えてもよ
い。エンドエフェクタにはコンプライアンスが付与され
ているが、さらに軸部材が回転することにより、始めの
うちは軸部材の噛み合わせ形状とプレートの噛み合わせ
形状の係合位置がずれていてもやがて合致するようにな
るので、挿入の成功率が向上する効果がある。
周りに周期的な回転運動を行わせることを加えてもよ
い。エンドエフェクタにはコンプライアンスが付与され
ているが、さらに軸部材が回転することにより、始めの
うちは軸部材の噛み合わせ形状とプレートの噛み合わせ
形状の係合位置がずれていてもやがて合致するようにな
るので、挿入の成功率が向上する効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の１
実施例における自動探り組立作業方法を示すブロックダ
イアグラム、図２はエンドエフェクタの探り軌道の例を
示す線図、図３は本発明の１実施例における自動探り組
立装置を示す一部断面図、図４は本実施例による制御成
績を説明する線図である。
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の１
実施例における自動探り組立作業方法を示すブロックダ
イアグラム、図２はエンドエフェクタの探り軌道の例を
示す線図、図３は本発明の１実施例における自動探り組
立装置を示す一部断面図、図４は本実施例による制御成
績を説明する線図である。
【００１４】図１のブロックダイアグラムに示した自動
探り組立作業制御系は、制御器１、逆変換器３、サーボ
制御装置５，エンドエフェクタに設けた力検出器６、順
変換器７，判定器８と軌道設定器９からなる。制御器１
は内蔵されたアルゴリズムにしたがって力検出器６で検
出されたエンドエフェクタの力に基づいてエンドエフェ
クタの位置と向きを指令する位置目標値ｘd（ｘd，
ｙd，ｚd，αd，βd，γd）を出力する。ここで、ｘ，
ｙ，ｚはエンドエフェクタの位置、α，β，γはそれぞ
れエンドエフェクタのｘ，ｙ，ｚ３軸周りの回転角を表
す。位置目標値ｘdは逆変換器３でエンドエフェクタを
駆動する各アクチュエータの位置情報に変換してアクチ
ュエータの位置目標値ｑd（ｑ1 d，ｑ2 d，ｑ3 d，ｑ4 d，
ｑ5 d，ｑ6 d）とする。実際に調整できる変数はアクチュ
エータの駆動量であるからである。なお、アクチュエー
タが電動モータなど回転機器である場合は、位置目標値
ｑdはアクチュエータの駆動角の目標値となる。
探り組立作業制御系は、制御器１、逆変換器３、サーボ
制御装置５，エンドエフェクタに設けた力検出器６、順
変換器７，判定器８と軌道設定器９からなる。制御器１
は内蔵されたアルゴリズムにしたがって力検出器６で検
出されたエンドエフェクタの力に基づいてエンドエフェ
クタの位置と向きを指令する位置目標値ｘd（ｘd，
ｙd，ｚd，αd，βd，γd）を出力する。ここで、ｘ，
ｙ，ｚはエンドエフェクタの位置、α，β，γはそれぞ
れエンドエフェクタのｘ，ｙ，ｚ３軸周りの回転角を表
す。位置目標値ｘdは逆変換器３でエンドエフェクタを
駆動する各アクチュエータの位置情報に変換してアクチ
ュエータの位置目標値ｑd（ｑ1 d，ｑ2 d，ｑ3 d，ｑ4 d，
ｑ5 d，ｑ6 d）とする。実際に調整できる変数はアクチュ
エータの駆動量であるからである。なお、アクチュエー
タが電動モータなど回転機器である場合は、位置目標値
ｑdはアクチュエータの駆動角の目標値となる。
【００１５】加算器４は、逆変換器３で算出されたアク
チュエータの目標位置ｑdと実際のアクチュエータの位
置と姿勢ｑ（ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4，ｑ5，ｑ6）を入力
し、両者の差をとって目標値偏差としてサーボ制御装置
５に与える。サーボ制御装置５は各アクチュエータのサ
ーボ制御をして、エンドエフェクタの位置と姿勢ｑを目
標値に合うように調整する。エンドエフェクタには６軸
の力センサ６が設けられていて、並進方向（ｆｘ，ｆ
ｙ，ｆｚ）の力および回転方向（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）の
回転トルクを測定し、測定結果を制御器１に送信する。
チュエータの目標位置ｑdと実際のアクチュエータの位
置と姿勢ｑ（ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4，ｑ5，ｑ6）を入力
し、両者の差をとって目標値偏差としてサーボ制御装置
５に与える。サーボ制御装置５は各アクチュエータのサ
ーボ制御をして、エンドエフェクタの位置と姿勢ｑを目
標値に合うように調整する。エンドエフェクタには６軸
の力センサ６が設けられていて、並進方向（ｆｘ，ｆ
ｙ，ｆｚ）の力および回転方向（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）の
回転トルクを測定し、測定結果を制御器１に送信する。
【００１６】制御器１は、エンドエフェクタの力制御を
行うものであるが、力についてはエンドエフェクタを対
象物に押し付ける力に対して垂直な２軸の成分につい
て、コンプライアンスを与える。対象物への方向をｚ軸
とすれば、ｘ軸とｙ軸にコンプライアンス制御を導入す
る。また、回転トルクについてエンドエフェクタの軸に
垂直な２軸についてコンプライアンスを与える。ここ
で、コンプライアンス制御とは力にバネ成分を加味した
制御であって、偏差が大きいほど大きな力で偏差を解消
するが偏差が小さい場合には弱い力しか掛けないように
するものである。したがって、エンドエフェクタが把持
する軸部材が対象とするプレートの係合穴に引っ掛かっ
たときに、軸部材が穴に対して垂直の位置にない場合で
も、軸部材が穴に引っ掛かったまま軸方向に押し付ける
と、軸部材が傾斜するにつれて大きな力でプレートを引
きずり、あるいはエンドエフェクタの位置を調整して、
両者が係合可能な位置まで移動させることができる。
行うものであるが、力についてはエンドエフェクタを対
象物に押し付ける力に対して垂直な２軸の成分につい
て、コンプライアンスを与える。対象物への方向をｚ軸
とすれば、ｘ軸とｙ軸にコンプライアンス制御を導入す
る。また、回転トルクについてエンドエフェクタの軸に
垂直な２軸についてコンプライアンスを与える。ここ
で、コンプライアンス制御とは力にバネ成分を加味した
制御であって、偏差が大きいほど大きな力で偏差を解消
するが偏差が小さい場合には弱い力しか掛けないように
するものである。したがって、エンドエフェクタが把持
する軸部材が対象とするプレートの係合穴に引っ掛かっ
たときに、軸部材が穴に対して垂直の位置にない場合で
も、軸部材が穴に引っ掛かったまま軸方向に押し付ける
と、軸部材が傾斜するにつれて大きな力でプレートを引
きずり、あるいはエンドエフェクタの位置を調整して、
両者が係合可能な位置まで移動させることができる。
【００１７】このとき、軸部材はプレートの噛み込み穴
の方に押し付けられるので、軸部材は穴に沿って次のプ
レートの面にぶつかるまで前進する。図３は、エンドエ
フェクタ１０に把持した軸部材であるクラッチ本体２０
を多数の内板２２と組み合わせて多板式円板クラッチを
構成させる組立作業をしているところを示す。内周に歯
を切った内板２２は外周に切った歯でクラッチの相手部
材２６に係合した外板２４と交互に重なっていて、軸方
向に歯を切った軸部材２０と係合する前は自由に水平方
向にずれることができる。図は、軸部材２０が２枚の内
板２２と係合が終わって３枚目の内板の係合穴を探って
いる状態を表している。なお、エンドエフェクタ１０は
サーボ制御装置１４により制御され、また、エンドエフ
ェクタの根本に設けられた力センサ１２によりエンドエ
フェクタ１０に掛かる力が測定される。
の方に押し付けられるので、軸部材は穴に沿って次のプ
レートの面にぶつかるまで前進する。図３は、エンドエ
フェクタ１０に把持した軸部材であるクラッチ本体２０
を多数の内板２２と組み合わせて多板式円板クラッチを
構成させる組立作業をしているところを示す。内周に歯
を切った内板２２は外周に切った歯でクラッチの相手部
材２６に係合した外板２４と交互に重なっていて、軸方
向に歯を切った軸部材２０と係合する前は自由に水平方
向にずれることができる。図は、軸部材２０が２枚の内
板２２と係合が終わって３枚目の内板の係合穴を探って
いる状態を表している。なお、エンドエフェクタ１０は
サーボ制御装置１４により制御され、また、エンドエフ
ェクタの根本に設けられた力センサ１２によりエンドエ
フェクタ１０に掛かる力が測定される。
【００１８】エンドエフェクタ１０は、径方向に移動し
ながら軸部材２０の噛み合わせ位置を探る。軸部材２０
が内板２２の表面上を押し付けられながら移動する間に
軸部材２０の先端が内板２２の穴に引っ掛かって落ち込
むと、穴の内周に形成した歯車に軸部材２０の外周に刻
んだ歯車が係合する。軸部材２０を予め決めた最外側ま
でに移動させても内板２２の穴を探り当てられなかった
場合は、軸部材２０を中心部分まで引き戻し方向を変え
た上で再度径方向外側に向けて移動させる。軸部材２０
の移動軌道を規定するために軌道設定器９が設けられて
いる。軌道設定器９の軌道出力は、加算器２で制御器１
の制御出力に加算され、位置目標値ｘdとして逆変換器
３で変換されアクチュエータ目標値ｑdとしてサーボ制
御装置５に供給される。
ながら軸部材２０の噛み合わせ位置を探る。軸部材２０
が内板２２の表面上を押し付けられながら移動する間に
軸部材２０の先端が内板２２の穴に引っ掛かって落ち込
むと、穴の内周に形成した歯車に軸部材２０の外周に刻
んだ歯車が係合する。軸部材２０を予め決めた最外側ま
でに移動させても内板２２の穴を探り当てられなかった
場合は、軸部材２０を中心部分まで引き戻し方向を変え
た上で再度径方向外側に向けて移動させる。軸部材２０
の移動軌道を規定するために軌道設定器９が設けられて
いる。軌道設定器９の軌道出力は、加算器２で制御器１
の制御出力に加算され、位置目標値ｘdとして逆変換器
３で変換されアクチュエータ目標値ｑdとしてサーボ制
御装置５に供給される。
【００１９】本実施例では、軌道設定器９で設定する移
動軌道を三角関数を使った簡単な関数関係から導く。た
とえば、下の式が用いられる。 ｘ＝Ａx（ sin ωt ＋ sin ｎωt ） ｙ＝Ａy（ cos ωt ± cos ｎωt ） ここで、ｎは実数である。図３は、上の式において、ｙ
＝Ａy（ cos ωt − cos ｎωt ）とし、ｎ＝３とした
場合の軌道を横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸として図示したも
のである。なお、Ａx＝Ａyとしている。
動軌道を三角関数を使った簡単な関数関係から導く。た
とえば、下の式が用いられる。 ｘ＝Ａx（ sin ωt ＋ sin ｎωt ） ｙ＝Ａy（ cos ωt ± cos ｎωt ） ここで、ｎは実数である。図３は、上の式において、ｙ
＝Ａy（ cos ωt − cos ｎωt ）とし、ｎ＝３とした
場合の軌道を横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸として図示したも
のである。なお、Ａx＝Ａyとしている。
【００２０】図に示した軌道では異なる位相で外側に向
かって移動するので、１度の径方向移動では探り当てる
ことができなくても、繰り返し移動する間に確実に噛み
合わせ位置を見つけだすことができる。上式で係数ｎを
大きくすれば径方向に運動する軌道の位相差が小さくな
り、場合によっては噛み合わせ穴をキャッチするまでに
長い時間が必要になるおそれがあるが、軸部材の動き回
る軌道の隙間が小さくなるので、確実に穴をキャッチす
ることができるようになる。このように上式により描き
出される軌道は軸部材の先端でプレートの穴を探るため
に要求される万遍性を十分満たしているが、この探り動
作の設定は振幅と係数ｎを決めるだけで極めて簡単であ
る上、演算が簡単で指令信号を生成するために高度な計
算機能を要しない。
かって移動するので、１度の径方向移動では探り当てる
ことができなくても、繰り返し移動する間に確実に噛み
合わせ位置を見つけだすことができる。上式で係数ｎを
大きくすれば径方向に運動する軌道の位相差が小さくな
り、場合によっては噛み合わせ穴をキャッチするまでに
長い時間が必要になるおそれがあるが、軸部材の動き回
る軌道の隙間が小さくなるので、確実に穴をキャッチす
ることができるようになる。このように上式により描き
出される軌道は軸部材の先端でプレートの穴を探るため
に要求される万遍性を十分満たしているが、この探り動
作の設定は振幅と係数ｎを決めるだけで極めて簡単であ
る上、演算が簡単で指令信号を生成するために高度な計
算機能を要しない。
【００２１】さらに、上記の制御アルゴリズムにｚ軸周
りのサイクリックな回転運動指令を加えることにより、
係合部に切った歯同士の位相が異なるためにスムーズに
挿入ができない場合にも、回転のため相互の位相が変化
して的確な位置関係を持つようになり噛み合いが簡単に
できる。
りのサイクリックな回転運動指令を加えることにより、
係合部に切った歯同士の位相が異なるためにスムーズに
挿入ができない場合にも、回転のため相互の位相が変化
して的確な位置関係を持つようになり噛み合いが簡単に
できる。
【００２２】なお、軸部材が噛み合わせるべきプレート
全てと噛み合ったときには、それ以上の作業はいらない
ので作業を終了する。また、最終位置まで達していない
にもかかわらず長い時間前進が止まっているときは、プ
レートが軸部材と一緒に動いてしまい噛み合い部分の探
索ができない状態になっている可能性がある。このよう
な場合は、押し付け力を緩めて両者が一旦離れるように
してから探り動作を改めて行うと、噛み合い部を容易に
発見できることがある。
全てと噛み合ったときには、それ以上の作業はいらない
ので作業を終了する。また、最終位置まで達していない
にもかかわらず長い時間前進が止まっているときは、プ
レートが軸部材と一緒に動いてしまい噛み合い部分の探
索ができない状態になっている可能性がある。このよう
な場合は、押し付け力を緩めて両者が一旦離れるように
してから探り動作を改めて行うと、噛み合い部を容易に
発見できることがある。
【００２３】このため、アクチュエータの位置情報ｑを
順変換器７に取り込んでエンドエフェクタの位置座標ｘ
に変換し、判定器８で条件判定を行う。判定器８におけ
る判定作業のひとつは、軸部材の軸方向の位置ｚを最終
目標位置ｚtgと比較することである。位置ｚが最終目標
値の近傍にあるときには探り作業は完了したことになる
ので、制御器１に終了の指示を発する。判定器８の第２
の判定作業は、軸方向位置ｚが余り変化しない場合（ｄ
ｚ〜０）にその継続時間ｔ（ｄｚ〜０）を所定の時間ｔ
thと比較することである。所定時間、位置ｚが次に移ら
ずある近傍に留まっている場合は、プレートと軸部材が
膠着して一緒に動いている可能性があるので、軸方向の
押し付け力を所定時間緩める指示を制御器１に発する。
順変換器７に取り込んでエンドエフェクタの位置座標ｘ
に変換し、判定器８で条件判定を行う。判定器８におけ
る判定作業のひとつは、軸部材の軸方向の位置ｚを最終
目標位置ｚtgと比較することである。位置ｚが最終目標
値の近傍にあるときには探り作業は完了したことになる
ので、制御器１に終了の指示を発する。判定器８の第２
の判定作業は、軸方向位置ｚが余り変化しない場合（ｄ
ｚ〜０）にその継続時間ｔ（ｄｚ〜０）を所定の時間ｔ
thと比較することである。所定時間、位置ｚが次に移ら
ずある近傍に留まっている場合は、プレートと軸部材が
膠着して一緒に動いている可能性があるので、軸方向の
押し付け力を所定時間緩める指示を制御器１に発する。
【００２４】図４は、本実施例の自動探り組立装置を用
いて５枚の内板を有するクラッチ装置を組立てたときの
組立て成績を示すものである。図表は、横軸に時間、縦
軸に軸部材の軸方向の進み量を示す。エンドエフェクタ
に把持された軸部材は−４５３ｍｍ付近で１枚目の内板
に当たり約１秒間の探りにより係合して２枚目に進んで
いる。結局４秒強で５枚の内板の全てを噛み合わせて組
合せ作業を完了している。
いて５枚の内板を有するクラッチ装置を組立てたときの
組立て成績を示すものである。図表は、横軸に時間、縦
軸に軸部材の軸方向の進み量を示す。エンドエフェクタ
に把持された軸部材は−４５３ｍｍ付近で１枚目の内板
に当たり約１秒間の探りにより係合して２枚目に進んで
いる。結局４秒強で５枚の内板の全てを噛み合わせて組
合せ作業を完了している。
【００２５】
【発明の効果】本発明の自動探り組立装置は、上記の通
りコンプライアンス制御を制御アルゴリズムにより実行
するため、エンドエフェクタに複雑なコンプライアンス
機構を付属しない場合でも、噛み合わせ位置を早く探り
当てることができる。また、噛み合わせを探る作業中に
部材に過大な力が掛かることがないので、噛み合わせ部
分を損傷する心配がない。さらに、軸部材を位相を変え
ながら繰り返し径方向に移動させながら係合位置を探る
ようにしたため、確実に噛み合わせ位置をキャッチする
ことができる。また、移動軌道を簡単で扱いやすい簡単
な三角関数で設定するので、探り動作の設定が容易で、
かつ指令生成時の演算負担が軽く、簡単な演算装置で十
分目的を達成することができる。
りコンプライアンス制御を制御アルゴリズムにより実行
するため、エンドエフェクタに複雑なコンプライアンス
機構を付属しない場合でも、噛み合わせ位置を早く探り
当てることができる。また、噛み合わせを探る作業中に
部材に過大な力が掛かることがないので、噛み合わせ部
分を損傷する心配がない。さらに、軸部材を位相を変え
ながら繰り返し径方向に移動させながら係合位置を探る
ようにしたため、確実に噛み合わせ位置をキャッチする
ことができる。また、移動軌道を簡単で扱いやすい簡単
な三角関数で設定するので、探り動作の設定が容易で、
かつ指令生成時の演算負担が軽く、簡単な演算装置で十
分目的を達成することができる。
【図１】本発明の１実施例における自動探り組立作業方
法を示すブロックダイアグラムである。
法を示すブロックダイアグラムである。
【図２】本実施例におけるエンドエフェクタの探り軌道
の例を示す線図である。
の例を示す線図である。
【図３】本実施例における自動探り組立装置を示す一部
断面図である。
断面図である。
【図４】本実施例による制御成績を説明する線図であ
る。
る。
１ 制御器 ２，４ 加算器 ３ 逆変換器 ５ サーボ制御装置 ６ 力検出器 ７ 順変換器 ８ 判定器 ９ 軌道設定器 １０ エンドエフェクタ １２ 力センサ １４ サーボ制御装置 ２０ クラッチ本体（軸部材） ２２ 内板 ２４ 外板 ２６ 相手部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 潤 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (56)参考文献 特開 平３−94312（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−168927（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241733（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−108108（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 19/00 - 21/00
Claims (5)
- 【請求項１】 エンドエフェクタに並進運動の２軸と傾
斜運動の２軸についてコンプライアンスを有する運動を
行い、並進運動の残りの１軸方向に押し付け力を発生さ
せ、さらに中心から外側に向かって曲線を描いて戻る軌
道を位相をずらせながら繰り返すようにした予め決めら
れた探り運動軌道に沿って位相をずらしながらコンプラ
イアンス中心を径方向へ移動することを繰り返して、把
持した部品を位置の変化する相手の部品に噛み合わせる
ことを特徴とする自動探り組立作業方法。 - 【請求項２】 所定の時間が経過したときに、前記押し
付け力を一旦緩めた上で再度通常の探り作業を行わせる
ことを特徴とする請求項１記載の自動探り組立作業方
法。 - 【請求項３】 前記運動軌道のパターンが、 ｘ＝Ａx（ sin ωt ＋ sin ｎωt ） ｙ＝Ａy（ cos ωt ± cos ｎωt ） により与えられるものであることを特徴とする請求項１
または２記載の自動探り組立作業方法。ここで、ｎは実
数である。 - 【請求項４】 さらに、軸部材の軸周りに周期的な回転
運動を行わせることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の自動探り組立作業方法。 - 【請求項５】 ３軸の並進運動と３軸の傾斜運動が可能
で軸部材を把持するエンドエフェクタと、該エンドエフ
ェクタの制御を行う制御装置と、探り軌道設定器を備
え、該制御装置が前記エンドエフェクタに並進運動の２
軸と傾斜運動の２軸についてコンプライアンス制御を行
い、並進運動の残りの１軸方向に押し付け力を発生さ
せ、さらに前記探り軌道設定器により発生された中心か
ら外側に向かって曲線を描いて戻る軌道を位相をずらせ
ながら繰り返すようにした探り運動軌道に沿って位相を
ずらしながらコンプライアンス中心を径方向へ移動する
ことを繰り返し、把持した部品を位置の変化する相手の
部品に噛み合わせて組み立てることを特徴とする自動探
り組立作業装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36935099A JP3187799B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 自動探り組立作業方法および装置 |
| US09/740,059 US6701196B2 (en) | 1999-12-27 | 2000-12-20 | Method and apparatus for automatic position-finding assembling |
| KR10-2000-0080268A KR100424327B1 (ko) | 1999-12-27 | 2000-12-22 | 자동 위치확인 어셈블링방법 및 그 장치 |
| EP00128515A EP1112805B1 (en) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Method and apparatus for automatic position-finding assembling |
| DE60018693T DE60018693T2 (de) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Montageverfahren und Vorrichtung mit automatischer Ortsbestimmung |
| AT00128515T ATE290939T1 (de) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Montageverfahren und vorrichtung mit automatischer ortsbestimmung |
| PT00128515T PT1112805E (pt) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Metodo e equipamento de montagem com localizacao de posicao automatica |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36935099A JP3187799B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 自動探り組立作業方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001179550A JP2001179550A (ja) | 2001-07-03 |
| JP3187799B2 true JP3187799B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=18494207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36935099A Expired - Lifetime JP3187799B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 自動探り組立作業方法および装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6701196B2 (ja) |
| EP (1) | EP1112805B1 (ja) |
| JP (1) | JP3187799B2 (ja) |
| KR (1) | KR100424327B1 (ja) |
| AT (1) | ATE290939T1 (ja) |
| DE (1) | DE60018693T2 (ja) |
| PT (1) | PT1112805E (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7259535B1 (en) | 2006-05-08 | 2007-08-21 | Boeing Company | Apparatus and method for situating a tool with respect to a work site on a workpiece |
| US9008836B2 (en) * | 2007-01-09 | 2015-04-14 | Abb Inc. | Method and system for robotic assembly parameter optimization |
| JP4271249B2 (ja) * | 2007-06-14 | 2009-06-03 | ファナック株式会社 | 嵌合装置 |
| RU2445200C2 (ru) * | 2010-05-21 | 2012-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Способ сборки профильных соединений с зазором |
| CN101972929B (zh) * | 2010-10-09 | 2011-11-30 | 大连理工大学 | 一种装配力和刚度综合补偿方法 |
| JP6071646B2 (ja) | 2012-11-30 | 2017-02-01 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 緩衝器 |
| US10042354B2 (en) | 2015-06-02 | 2018-08-07 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Security system for industrial control infrastructure using dynamic signatures |
| CN109794935B (zh) * | 2019-01-09 | 2022-01-14 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于神经网络分析的装配过程力与力矩预测系统及方法 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT984327B (it) | 1973-01-05 | 1974-11-20 | Olivetti & Co Spa | Dispositivo adattativo tattile per determinare una prefissata posizione in cui assemblare un pezzo |
| JPS57184639A (en) | 1981-04-30 | 1982-11-13 | Sekisui Prefab Homes Ltd | Automatic assembly method for braces |
| US4564994A (en) * | 1983-10-21 | 1986-01-21 | Fraser Automation | Multiple plate clutch orienting fixture and method of using |
| US4610084A (en) | 1984-05-21 | 1986-09-09 | At&T Technologies, Inc. | Method and apparatus for inserting leads into holes in substrates |
| US4727770A (en) | 1986-02-24 | 1988-03-01 | General Motors Corporation | Planetary gear set and assembly method |
| US5104162A (en) * | 1988-03-17 | 1992-04-14 | Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd. | Apparatus for aligning and assembling clutch plates and clutch guides in a multiple disk clutch |
| JPH0790483B2 (ja) * | 1989-02-10 | 1995-10-04 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | コンプライアンス制御方法及びシステム |
| JP2573390B2 (ja) * | 1989-06-05 | 1997-01-22 | 松下電工株式会社 | ６軸姿勢制御装置 |
| US5180955A (en) * | 1990-10-11 | 1993-01-19 | International Business Machines Corporation | Positioning apparatus |
| KR0167021B1 (ko) * | 1993-03-15 | 1999-02-01 | 카타다 테쯔야 | 자동연삭장치 |
| JP3232911B2 (ja) | 1993-12-20 | 2001-11-26 | トヨタ自動車株式会社 | 部品自動挿入方法 |
| JP3288518B2 (ja) * | 1994-03-04 | 2002-06-04 | 三菱電機株式会社 | 部品自動組立方法及び部品自動組立装置 |
| JP3317788B2 (ja) * | 1994-08-24 | 2002-08-26 | 株式会社エクセディ | クラッチディスク組立体の摩擦連結部組立方法及びそれに用いられる治具 |
| JP3304652B2 (ja) * | 1994-12-19 | 2002-07-22 | 富士通株式会社 | 部品組み立て装置 |
| US5794339A (en) | 1994-12-27 | 1998-08-18 | Ford Global Technologies, Inc. | Automated assembly of transmission components |
| JP3578367B2 (ja) * | 1995-10-19 | 2004-10-20 | 富士技研工業株式会社 | 嵌め合い装置 |
| JP3124519B2 (ja) * | 1998-07-23 | 2001-01-15 | セイコー精機株式会社 | 制御系のモード切替え機能を有するロボット制御装置 |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP36935099A patent/JP3187799B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-12-20 US US09/740,059 patent/US6701196B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-22 KR KR10-2000-0080268A patent/KR100424327B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-12-27 EP EP00128515A patent/EP1112805B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-27 DE DE60018693T patent/DE60018693T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-27 AT AT00128515T patent/ATE290939T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-12-27 PT PT00128515T patent/PT1112805E/pt unknown
Also Published As
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|---|---|
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| ATE290939T1 (de) | 2005-04-15 |
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| DE60018693T2 (de) | 2005-08-04 |
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| EP1112805A2 (en) | 2001-07-04 |
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| US20010005818A1 (en) | 2001-06-28 |
| EP1112805A3 (en) | 2002-11-13 |
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