JP3304652B2 - 部品組み立て装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，部品の組み立て作業等
に使用される産業用ロボットに関する。産業用ロボット
は，ペグ，ピン等の部品を把持し，他の部品の穴部に挿
入する等の部品組み立て作業を行うことができる。

【０００２】本発明は，部品組み立て装置において，こ
のような部品挿入を精度良く，能率的に行うことができ
るようにしたものである。

【０００３】

【従来の技術】従来，例えば，ペグ等の部品挿入作業を
ロボットに行わせる場合には，ロボットアームの手先に
離心たわみ機構を設け（ＲＣＣ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｅｎ
ｔｅｒＣｏｍｐｌｉａｎｃｅ）ピン挿入専用の機構を設
け対処していた。あるいは，ソフト的に離心たわみ機構
を設けることも可能であった。

【０００４】また，部品挿入位置を決め，実際に部品を
挿入する際に部品が正しく挿入されない場合には，部品
と基板との接触により生じる応力を検出し，コンプライ
アンス制御により部品挿入を行うようにしていた。

【０００５】図７は従来の部品挿入方法の説明図であっ
て，コンプライアンス制御の概念図である。図７におい
て，１２０は，ロボットである。

【０００６】１２１はマニュアル速度指令であって，Ｚ
方向（部品の挿入方向）の外部からの指令である。１２
２はコンプライアンス平面であって，挿入方向に垂直な
平面である。

【０００７】部品挿入作業は，挿入方向のみを指令装置
により挿入量のみを与え，これに垂直な平面（コンプラ
イアンス平面）に対しては，リストに懸かる外力を緩和
する向きにロボットの位置を制御して部品挿入をする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の離心たわみ機構
を用いる方法は，挿入したいピンの長さがわかっていな
いと十分な性能が発揮できない。従って，未整備な環境
で様々な部品に臨機応変に対応することができなかっ
た。

【０００９】また，従来のコンプライアンス制御による
方法は，例えば，ペグと穴とのクリアランスが０．０３
ｍｍ程度の高精度な場合にはカジリコミを生じ，確実な
挿入を行うことができなかった。

【００１０】本発明は，離心たわみ機構を使用すること
なく，高精度でかつ柔軟に状況に対応することのできる
部品組み立て装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は，部品を挿入方
向に下降させ，被挿入部品に接触した時に把持部が部品
を把握する力を弱める。そして，部品の把握力を弱めた
状態で把持部を平面方向にわずか前後，左右に移動さ
せ，その時に部品が穴部の正確な位置を求める。そし
て，穴の位置と部品の位置を正確に一致させ，その位置
で把持部の部品把持力を再調整（把持力を元に戻す）
し，部品を穴部に挿入するようにした。

【００１２】図１は本発明の基本構成を示す。図１にお
いて，１は制御手段であって，挿入部品の位置決め，部
品把持の制御等を行うものである。

【００１３】２はセンサであって，部品５が被挿入部品
６に接触した時に生じる応力を検出するものである。４
は把持部であって，部品５を把持するものである。

【００１４】５は部品であって，挿入部品である。６は
被挿入部品であって，部品５が挿入される部品である。
７は穴部であって，部品を挿入する穴である。

【００１５】図１の本発明の基本構成の動作は後述す
る。

【００１６】

【作用】図２は本発明の基本構成図である。図２におい
て，５は部品であって，ペグの例であり，把持部をＸ方
向の正側に移動させた状態を示す。

【００１７】５’は部品であって，挿入のため部品が被
挿入部品に接触した時の状態を示し，穴部７の正確な位
置を探索する前の状態である。６は被挿入部品である。

【００１８】７は穴部であって，部品５が挿入される穴
である。図２の説明をする。図２ (a)は把持部を右に移
動させた状態である。把持した部品５’が被挿入部品に
接触したことをセンサが検出すると，制御手段はその位
置で把持部の移動を停止させ，把持部は部品５’の把持
力を弱める。そして，把持部をＸ軸の正方向に移動させ
る。把持部の把持力が弱いので，部品５’は下端を穴部
７の上部付近に位置させた状態で部品５’の上部のみが
把持部の移動方向に移動し，穴部７の上端と部品５’の
右側が接触し，部品５の状態に至り部品に反力を生じ
る。その反力を検出した時のＸ軸方向の変位の大きさを
Ｘ１とする。

【００１９】図２ (b)は把持部を左に移動させた状態で
ある。図２ (a)の状態から把持部をＸ軸の負方向に移動
させる。把持部をＸ軸の負方向に移動させることにより
部品は下端を穴部７の中に位置させた状態で探索前の部
品位置（５’）に戻り，さらに把持部を同じ方向に移動
させることにより，穴部７の上端と部品５の左側が接触
し，部品に反力を生じる。その反力を検出した時の部品
の初期位置からの変位の大きさをＸ２とする。

【００２０】図２ (c)は部品の挿入を示す。Ｘ１とＸ２
の中点Ｘ３に穴部７の中心軸があるので，その位置に部
品の中心軸が位置するように把持部を移動し，その位置
で部品の把持力を強めるように再調整し，把持部を下降
させて部品５を穴部７に挿入する。

【００２１】図２ (d)は，角形部品の探索方法を示す。
まず，穴部７の各辺と部品５の各辺は対応する辺同士が
平行になるようする。そして，穴部７の探索は，Ｘ方
向，Ｙ方向について上記の方法で行い，穴部７の正確な
位置を求める。

【００２２】図２ (e)は，円柱状部品の探索方法を示
す。円柱状の部品５の探索は，穴部７の上端が部品５に
作用する応力の反作用を検出しながら把持部が円もしく
は楕円の軌跡を描くように移動させる。そして，その軌
跡の中心を求め，その中心が穴部７の中心軸に一致する
ので，部品５の中心軸を，求めた円もしくは楕円の中心
に一致させる。

【００２３】次に，図１の本発明の基本構成の動作説明
をする。制御手段１は把持部４により部品５を把持さ
せ，部品５の位置が被挿入部品６の穴部７の上に位置す
るように把持部４を移動制御する。そして，把持部４を
あらかじめ設定した距離だけＺ方向（下方）に移動させ
る。部品５と被挿入部品６が接触したことをセンサ２が
検出すると制御手段１は把持部４の部品把持力を少し弱
める。次に穴部７の上端と部品の応力の反作用をセンサ
で検出しながら，上記のように把持部４を移動させ，そ
の変位もしくは軌跡を求め，穴部７の正確な位置を探索
する。

【００２４】穴部７の正確な位置が求まったら，把持部
４の把持力を再調整（把持力を元に戻す）し，把持部４
を下降させて，部品５を穴部７に挿入する。本発明によ
れば，部品組み立て装置により部品挿入を高精度に行う
ことができる。また，離心たわみ機構を使用することな
く確実に部品を被挿入部品に挿入できる。そのため，部
品の長さ等に関係なく自由な形状の部品について部品挿
入作業を行うことができるので，対象部品の選択自由度
を大きくすることができる。

【００２５】

【実施例】図３は本発明の実施例であって，部品組み立
てロボットに適用した場合を示す。

【００２６】図３において，２１は把持部である。２２
はハンドある。

【００２７】２３はセンサであって，部品３７に生じる
応力を検出するものである。２４は回転部であって，ハ
ンド２２をアームに垂直な面内で回転させるものであ
る。

【００２８】２５は回転部であって，アーム３０を垂直
面内で回転するものである。２６は回転部であって，ア
ーム３１を垂直面内で回転するものである。２７は回転
部であって，アーム３２を垂直面内で回転するものであ
る。

【００２９】２８は支柱であって，水平面内で回転する
ものである。３０，３１，３２はアームである。３５は
基台であって，支柱２８を支えるものである。

【００３０】３６はロボットの駆動電力の供給，制御信
号の入出力等を行う入出力部である。３７は部品であっ
て，ハンド２２に把持された部品である。

【００３１】４０は制御手段であって，ハンド２２，ア
ーム３０，３１，３２の駆動制御をするものである。４
１はコンピュータである。

【００３２】４２はロボット制御部であって，アーム３
０，３１，３２の駆動制御をするものである。４３はハ
ンド制御部であって，ハンドの回転，把持部２１の部品
把持等の制御を行うものである。

【００３３】４４は把持力調整部であって，部品３７の
把持力を調整するもである。４５は探索部であって，部
品３７の把持力を調整するものである。４６はセンサ用
Ａ／Ｄ変換部であって，センサ２３の検出信号をデジタ
ル信号に変換するものである。

【００３４】図３の構成において，ロボット制御部４２
はコンピュータ４１により信号処理をして，回転部２
４，回転部２５，回転部２６，回転部２７，支柱２８の
回転制御を行う。また，ハンド制御部４３は計算機処理
されたセンサ２３の検出信号に基づいて把持部２１を制
御し，部品３７の把持および挿入を行う。

【００３５】センサ用Ａ／Ｄ変換部４６はセンサ２３の
検出信号をデジタル信号に変換し，コンピュータ４１に
転送する。図４は本発明の把持部の実施例である。

【００３６】図４ (a)は把持部の指の構成を示す。把持
部は指１(51)，指２（52) ，指３(53)により構成され
る。指１(51)が前後に移動し，指２（52) が軸Ａを中心
に回転し，指３(53)が軸Ｂを中心に回転して部品を把持
する。指１(51)の前後の移動で部品の把持力を調整す
る。また，指２（52) ，指３(53)にセンサが接続され
る。

【００３７】図４ (b)は指１(51)の正面図，側面図，平
面図である。５５は部品との接触部であって，スプリン
グにより部品を弾力的に保持するものである。図５は本
発明の制御手段のフローチャートである。

【００３８】図５はペグを把持して，被挿入部品に移動
し，挿入孔にペグを挿入する場合のフローチャートであ
る。なお，Ｓ１〜Ｓ１１は従来のコンプライアンス法に
よる。

【００３９】穴と軸とのクリアランスは最大０．０２８
ｍｍである。 Ｓ１ ロボット制御部４２により，アームを制御し，ハ
ンド２２が平面に垂直になるようにロボットの姿勢を制
御する。

【００４０】Ｓ２ 被挿入部品の基準のマークを計測
し，初期位置を設定する。 Ｓ３ 部品把持および把持した部品を挿入する位置を定
める作業座標を生成する。

【００４１】Ｓ４，Ｓ５ ロボット制御部４２は，ハン
ド２２をペグのある位置に移動し，ハンドを下降してペ
グにアクセスする。 Ｓ６ 把持部２１によるペグの把持を開始する。

【００４２】Ｓ７ ハンド制御部４３により把持力を調
整する。 Ｓ８ 把持したペグを引き抜く。 Ｓ９ ロボット制御部４２は，アームおよび支柱を制御
して，ハンド２２をペグを挿入する穴の上に移動する。

【００４３】Ｓ１０ 把持したペグが穴の上に位置した
ら，ハンド２２を下降させ，穴にアクセスする。 Ｓ１１，Ｓ１２ ペグと被挿入部品との接触を検出した
ら，挿入力のチェックをする。ペグが正しく穴の上に位
置していない時は，Ｓ１３に進み軸補正をする。所定の
挿入力で挿入できたらＳ１４に進み，最終確認をする。

【００４４】Ｓ１３ ロボット制御部４２は，センサ２
２の応力の検出情報に基づいて，穴の正確な位置を探索
し，ペグの中心軸が穴の中心軸に位置するように軸補正
する。

【００４５】Ｓ１４ 終了確認において，ペグが正しく
挿入されていないことを確認したら，Ｓ１２以降の処理
を繰り返す。ペグが正しく挿入されていることを確認さ
れたら処理を終了する。

【００４６】図６は本発明の実験結果の例であり，挿入
−抜取−挿入の順で連続的に２度行った場合を示す。図
６ (a)は，動作シークエンスであり，ステータスＩＤの
時間経過を示す。ステータスＩＤの内容は次のとおりで
ある。

【００４７】０：初期状態 １：把持力緩和（軸合わせスキル（動作）開始） ２：＋Ｘ方向探索 ３：−Ｘ方向探索 ４：＋Ｙ方向探索 ５：−Ｙ方向探索 ６：最終補正位置の計算 ７：最終補正位置へ移動 ８：軸合わせスキル抜ける ９：把持力再調整 図６ (b)は，挿入時の補正量（変位）と時間の関係を示
す。Ｘ方向変位，Ｙ方向変位，Ｚ方向変位は図６ (a)の
ステータスに応じてそれぞれ図示のように時間とともに
変化する。

【００４８】図６ (c)はリスト力プロファイルの時間変
化（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の外力の時間変化）を示
す。図６ (a)のステータスに応じてそれぞれ図示のよう
に変化することが示されている。図２ (a)， (b)， (c)
のように探索した時，ＣはＸ方向の変位で (a)の反作用
を検出した位置であり，Ｄは (a)の反作用を検出した位
置である。また，Ｅは部品の上端が穴の中心上に位置し
た時に対応する。

【００４９】実験結果から，挿入−抜取−挿入の各過程
において，いずれもＺ軸の反力が徐々に小さくなり，ス
ムーズな挿入作業がなされるように補正されていること
が示されている。

【００５０】上記の本発明によれば軸ズレが１０°程度
ある場合でも確実に挿入できることが示される。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば，離心たわみ機構を使用
することなく，簡単な構成で高精度に部品挿入をでき
る。そのため，部品の長さ等に関係なく自由な形状の部
品について部品挿入作業を行うことができるので，対象
部品の選択自由度を大きくすることができ，部品組み立
て作業の能率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の基本構成図である。

【図３】本発明の実施例を示す図である。

【図４】本発明の把持部の実施例を示す図である。

【図５】本発明の制御手段のフローチャートを示す図で
ある。

【図６】本発明の実験結果の例を示す図である。

【図７】従来の部品挿入方法の説明図である。

【符号の説明】

１：制御手段 ２：センサ ４：把持部 ５：部品 ６：被挿入部品 ７：穴部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−185550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−12669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−36373（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−222881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−181841（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−79547（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−9831（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/02 B25J 13/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品を把持して垂直方向および平面の方
   向を移動する把持部と部品に加わる応力を検出するセン
   サと把持部の移動を制御する制御手段とを備え，把持し
   た部品を被挿入部品の穴部に挿入する部品組み立て装置
   において，制御手段は，把持した部品が被挿入部品に接
   触したことを検出すると，該部品の把持力を弱め，把持
   部を平面内で移動して該穴部の正確な位置を探索して部
   品の挿入位置を補正し，部品の把持力を再調整し，該部
   品を該穴部に挿入することを特徴とする部品組み立て装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において，該部品は角形の柱状
   部品であり，把持部をＸ方向およびＹ方向に変位させて
   穴部の探索をすることを特徴とする部品組み立て装置。
3. 【請求項３】 請求項１において，該部品は円柱状であ
   って，把持した部品をすりこぎ状に移動し，把持部の描
   く軌跡の中心を求め，該中心を穴部の中心軸の点とする
   ことを特徴とする部品組み立て装置。