JP5784357B2 - 部品の組立方法および部品の組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置合わせと位相合わせとが必要な歯車等の部品同士を組み付けて、遊星歯車機構等を組み立てる方法および装置に関する。

位置合わせと位相合わせとを要する歯車等の部品同士を組み付ける方法として、次の２つの方法が知られている。

第１の方法は、第１の部品への組付け位置へ第２の部品を搬送した後、該第２の部品を第１の部品へ押し当てながら両部品の位相を合致させる所謂探り動作により、第１の部品に第２の部品を組み付ける方法である。

第２の方法は、画像センサ等を用いて第１の部品の位置と位相とを検出した後、検出された第１の部品の位置に基づいて第２の部品を組付け位置に搬送し、第２の部品の位相を検出しておいた上で該第２の部品の位相を第１の部品の位相に合致するように第２の部品の位相を調整し、その後、第１の部品に第２の部品を組み付ける方法である。

なお、特許文献１には、位置決めされた第１の部品の位相を画像センサにより検出した後、検出された第１の部品の位相に合致するように第２の部品の位相を調整し、その後、第１の部品に第２の部品を組み付ける技術が開示されている。また、第１及び第２の部品に、位相合わせのためのマーカを付することも開示されている。

特開平１１−２８６２９号公報

しかしながら、前記第１の方法では、部品の組付けの度に探り動作を行う必要があるため、例えば遊星歯車機構において複雑に噛み合う複数の歯車を組み付ける場合など、作業時間が長くなってしまうとともに、探り動作により部品に傷がつくことがある。

また、前記第２の方法では、位置合わせのための組付け位置の検出と、位相合わせのための歯形等の検出とが必要であるため、検出動作が複雑になってしまう。特に、歯車等の構造が複雑な部品の位相を検出する際、歯形等の複雑な形状を検出する必要があることから、正確な位相検出のために高度なセンシング技術が必要となり、コストの増大を招いてしまう。さらに、特許文献１の技術のように、組付け対象である両部品に位相合わせ用のマーカを付する場合は、マーカを形成する手間が生じるとともに、部品の美観が損なわれる欠点もある。

なお、特許文献１の技術は、位置が決まっている第１の部品に第２の部品を組み付けるものであるが、第１の部品の位置が決まっていない場合、即ち、位相合わせの前に位置合わせを行う必要がある場合は、前記第２の方法が採用されることとなるため、同様の問題が生じる。

そこで、本発明は、位置合わせと位相合わせとが必要な部品同士の組付け作業を、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、短時間で完了させることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る部品の組立方法は、
所定の位置および位相にセットされた第１の歯車に、該第１の歯車に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の歯車に組付け可能な第２の歯車を組み付けるための部品の組立方法であって、
第２の歯車の組付け位置を決定する組付け位置決定工程と、
第２の歯車を所定の位相でのみ把持可能な把持装置によって該第２の歯車を把持することで、前記把持装置に対して第２の歯車の位相を位置決めする把持工程と、
第２の歯車の組付け位置と第１の歯車の位相と第２の歯車の位相との相関関係に基づいて、前記組付け位置決定工程で決定された組付け位置に応じた第２の歯車の位相を算出する位相算出工程と、
前記把持装置によって把持された第２の歯車の位相を、前記位相算出工程で算出された位相に合わせ、位相合わせされた第２の歯車を、前記組付け位置決定工程で決定された組付け位置で第１の歯車に組み付ける組付け工程と、を有することを特徴とする。

なお、本明細書における「組付け位置に応じた位相でのみ第１の部品に組付け可能な第２の部品」という記載は、「組付け位置に応じた位相」が１つしかないことを意味するものでなく、１つ以上の「組付け位置に応じた位相」のうち任意の位相で組付け可能であることを意味している。例えば、第１の部品と第２の部品とが歯車である場合、第２の部品の「組付け位置に応じた位相」は第２の部品の歯毎に１つずつ存在し、任意の歯の「組付け位置に応じた位相」で組付け可能であることを意味する。

さらに、上記の部品の組立方法は、
回転不能に機構本体に固定された内歯車または太陽歯車の一方からなる固定歯車と、
該固定歯車の中心軸周りに回転可能な内歯車または太陽歯車の他方からなる回転歯車と、
前記中心軸周りに回転可能なキャリアと、
該キャリア上に設けられた自転軸または自転軸取付部に組み付けられることで該自転軸周りに自転可能且つ前記中心軸周りに公転可能なように該キャリアに支持される遊星歯車と、を備えた遊星歯車機構を組み立てるための部品の組立方法であって、
前記第１の歯車は前記固定歯車であり、
前記第２の歯車は前記遊星歯車であり、
予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車を組み付けたときの該遊星歯車の組付け位置と位相とを基準組付け位置及び基準組付け位相として記憶しておく基準状態決定工程をさらに備え、
前記組付け位置決定工程では、前記自転軸または自転軸取付部の位置を組付け位置として決定し、
前記位相算出工程では、前記組付け位置決定工程で決定された遊星歯車の組付け位置と、前記基準組付け位置との関係に基づいて、前記基準組付け位相に対する補正位相を前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出してもよい。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る部品の組立装置は、
所定の位置および位相にセットされた第１の歯車に、該第１の歯車に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の歯車に組付け可能な第２の歯車を組み付けるための部品の組立装置であって、
第２の歯車を所定の位相でのみ把持可能な把持装置と、
第１の歯車に第２の歯車を組み付ける組付け装置と、
該組付け手段を制御する制御装置と、を備え、
該制御装置は、
第２の歯車の組付け位置を決定する組付け位置決定部と、
第２の歯車の組付け位置と第１の歯車の位相と第２の歯車の位相との相関関係に基づいて、前記組付け位置決定部により決定された組付け位置に応じた第２の歯車の位相を算出する位相算出部と、
前記把持装置によって把持された第２の歯車の位相を、前記位相算出部で算出された位相に合わせ、位相合わせされた第２の歯車を、前記組付け位置決定部により決定された組付け位置で第１の歯車に組み付けるように前記組付け装置を制御する組付け制御部と、を備えたことを特徴とする。

さらに、上記の部品の組立装置は、
回転不能に機構本体に固定された内歯車または太陽歯車の一方からなる固定歯車と、
該固定歯車の中心軸周りに回転可能な内歯車または太陽歯車の他方からなる回転歯車と、
前記中心軸周りに回転可能なキャリアと、
該キャリア上に設けられた自転軸または自転軸取付部に組み付けられることで該自転軸周りに自転可能且つ前記中心軸周りに公転可能なように該キャリアに支持された遊星歯車と、を備えた遊星歯車機構を組み立てるための部品の組立装置であって、
前記第１の歯車は前記固定歯車であり、
前記第２の歯車は前記遊星歯車であり、
前記キャリア上の自転軸または自転軸取付部の位置を測定する測定装置と、
予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車が組み付けられたときの該遊星歯車の組付け位置と位相とを基準組付け位置及び基準組付け位相として記憶する記憶装置と、をさらに備え、
前記組付け位置決定部は、前記自転軸または自転軸取付部の位置を組付け位置として決定し、
前記位相算出部は、前記組付け位置決定部により決定された遊星歯車の組付け位置と、前記記憶装置に記憶された基準組付け位置との関係に基づいて、前記記憶装置に記憶された基準組付け位相に対する補正位相を前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出してもよい。

本発明によれば、所定の位置および位相にセットされた第１の歯車に、該第１の歯車に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の歯車に組付け可能な第２の歯車を組み付ける場合において、第２の歯車を所定の位相でのみ把持可能な把持装置によって該第２の歯車が把持されることで、把持装置に対して第２の歯車の位相が位置決めされ、第２の歯車の組付け位置と第１の歯車の位相と第２の歯車の位相との相関関係に基づいて、組付け位置に応じた第２の歯車の位相が算出され、該算出された位相に、把持装置によって把持された第２の歯車の位相が合わせられ、該位相合わせされた第２の歯車が第１の歯車に組み付けられる。そのため、位相合わせのための位相検出や探り動作を極力省略することができ、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、短時間で組付け作業を完了することができる。

また、本発明により遊星歯車機構の固定歯車に遊星歯車を組み付ける場合において、予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車を組み付けたときの該遊星歯車の組付け位置と位相とを基準組付け位置及び基準組付け位相として記憶しておき、遊星歯車の組付け位置と前記基準組付け位置との関係に基づいて、前記基準組付け位相に対する補正位相を前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出する場合、遊星歯車機構の組立てにおいて上記の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る部品の組立装置を示すシステム図である。 図１に示す組立装置の組立対象の一例である遊星歯車機構を示す図である。 基準状態を決定するための制御動作の流れを示すフローチャートである。 図２の遊星歯車機構を示す断面図である。 チャック装置の爪部を示す図である。 チャック装置による探り動作の状態を示す図である。 探り動作による組付けが成功した状態を示す図である。 第１の実施形態の組付け動作の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態の組付け動作の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態において機構本体が基準状態から移動及び回転した状態を模式的に示す図である。 第３の実施形態の組付け動作の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態において内歯車の傾き等を検出する方法を示す図である。 本発明の組立対象となり得る他の歯車装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

図１は、本実施形態に係る部品の組立装置１を示すシステム図である。

図１に示す組立装置１は、所定の位置および位相にセットされた第１の部品に、該第１の部品に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の部品に組付け可能な第２の部品を組み付けるための装置であり、第１の部品に第２の部品を組み付けるロボット２と、該ロボット２を制御する制御装置１０とを備える。

ロボット２は、第１の部品に対する組付け位置へ第２の部品を搬送するアーム４と、該アーム４の先端部に連結されて第２の部品を把持するチャック装置６とを有する。チャック装置６の具体的な構成については後述する。

制御装置１０には、ロボット２の制御に必要な各種情報を記憶するための記憶装置１２が搭載されている。ただし、本発明において、記憶装置１２は、制御装置１０内に搭載されるものに限られず、制御装置１０に接続された外部記憶装置であってもよい。

また、制御装置１０は、ロボット２の制御に必要な各種位置情報を検出するための画像センサ３０と、後述の探り動作による組付け動作の成否判定に必要な情報を検出するための探り判定用センサ８８とから出力される信号を入力可能に設けられている。これにより、制御装置１０は、画像センサ３０と探り判定用センサ８８とから送られる各種情報と、記憶装置１２に記憶された各種情報とに基づいて演算処理を行い、ロボット２のアーム４及びチャック装置６へ制御信号を出力するようになっている。

図２は、上述の組立装置１による組立対象の一例としての遊星歯車機構４０を示している。

図２に示すように、遊星歯車機構４０は、回転不能に機構本体４２に固定された固定歯車としての内歯車４４と、該内歯車４４の中心軸４７周りに回転可能な回転歯車としての太陽歯車５６と、前記中心軸４７周りに回転可能なキャリア４６と、該キャリア４６上に設けられた自転軸４８〜５０に組み付けられることで該自転軸４８〜５０周りに自転可能且つ前記中心軸４７周りに公転可能なようにキャリア４６に支持された遊星歯車５２〜５４とを有する。

自転軸４８〜５０はキャリア４６上に３つ設けられており、それぞれの自転軸４８〜５０に遊星歯車５２〜５４が取り付けられている。ただし、本発明において、自転軸４８〜５０及び遊星歯車５２〜５４の個数は３つ未満または４つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、内歯車４４が固定歯車、太陽歯車５６が回転歯車となっているが、本発明は、太陽歯車５６が固定歯車、内歯車４４が回転歯車である場合にも同様に適用することができる。

この遊星歯車機構４０を組み立てる際は、先ず、装置本体４２に内歯車４４を固定し、該内歯車４４の中心軸４７にキャリア４６を取り付ける。続いて、キャリア４６上に設けられた自転軸４８〜５０にそれぞれ遊星歯車５２〜５４を取り付けつつ、該遊星歯車５２〜５４を内歯車４４に組み付ける。最後に、内歯車４４の中心軸４７に太陽歯車５６を取り付けつつ、該太陽歯車５６を３つの遊星歯車５２〜５４に組み付けることで、遊星歯車機構４０が組み立てられる。

この組み立て作業において、内歯車４４に各遊星歯車５２〜５４を組み付ける際、内歯車４４に対する遊星歯車５２〜５４の位置合わせと、該組付け位置に対応する遊星歯車５２〜５４の位相合わせとが必要となる。仮に、これら位置合わせと位相合わせの両方を画像センサ等による検出結果に基づいて成し遂げようとすると、高度で複雑なセンシング技術が必要となり、コストの増大を招いてしまう。一方、仮に、画像センサ等による測定結果に基づいて位置合わせを行うとともに、所謂探り動作により位相合わせを行う場合、遊星歯車５２〜５４の組付けの度に探り動作を行う必要があり、作業時間が長くかかるとともに、歯車が傷ついてしまう懸念がある。

こうした従来の問題を解消すべく、本実施形態では、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、また、探り動作を極力省略することで作業時間の短縮を図りつつ、内歯車４４に遊星歯車５２〜５４を組み付けることができる構成となっている。

以下、遊星歯車５２〜５４を内歯車４４に組み付ける方法について具体的に説明する。

［基準状態の決定］
先ず、実際の組付け作業に先立って、内歯車４４及び遊星歯車５２〜５４の組付け状態での位置及び位相に関する基準状態を決定する。

図３は、この基準状態を決定するために制御装置１０により実行される制御動作の流れを示すフローチャートである。

図３に示す制御動作は、機構本体４２が所定位置にセットされ、該機構本体４２に内歯車４４とキャリア４６とが取り付けられた状態で実行される。このとき、内歯車４４は所定の位置及び位相にセットされた状態となっている。

この制御動作では、先ず、図４に示すように、中心軸４７の頂部に対向するように配設された画像センサ３０により、キャリア４６上の前記３つの自転軸４８〜５０のうち任意の自転軸４８（４９，５０）の位置、具体的には例えば符号ａで示す自転軸４８の頂部の中心の位置が測定される（ステップＳ１）。また、この測定された自転軸４８の位置が、遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置に決定される。

次に、ステップＳ１で決定された組付け位置に組み付けられる遊星歯車５２（５３，５４）がロボット２のチャック装置６により把持される（ステップＳ２）。

具体的には、図５に示すように、遊星歯車５２の外周部に、チャック装置６に設けられた例えば３つの爪部７６〜７８が径方向外側から係合することで、該遊星歯車５２が把持される。各爪部７６〜７８は遊星歯車５２の歯間に係合可能な形状を有し、図５に示す例では断面三角形状となっている。また、各爪部７６〜７８は、チャック装置６に設けられた電動モータの駆動により遊星歯車５２の径方向に沿って移動することで、遊星歯車５２の外周部に対して近接離間可能となっている。

爪部７６〜７８同士の位置関係は、遊星歯車５２の歯数に応じて、該遊星歯車５２が所定の位相であるときのみ該遊星歯車５２に全ての爪部７６〜７８が係合するように設定されている。これにより、チャック装置６は遊星歯車５２を所定の位相でのみ把持可能となっている。したがって、遊星歯車５２は、チャック装置６により把持された時点で、ロボット２に対する位相の位置決めがなされるため、把持された遊星歯車５２の位相を測定しなくてもよい。

また、爪部７６〜７８は、一律または個別に遊星歯車５２の周方向に移動可能となっており、これにより、遊星歯車５２の歯間に対向配置されるように周方向の位置調整が可能となっている。

続くステップＳ３では、チャック装置６により遊星歯車５２が適切に把持されたか否かが判定され、ステップＳ３において把持が成功したと判定されるまで、ステップＳ２の把持動作は繰り返し実行される。チャック装置６による把持が成功したか否かは、例えば、爪部７６〜７８を駆動するモータの回転量が所定量に達したか否かによって判定することができる。なお、チャック装置６による把持が失敗した場合、該チャック装置６の爪部７６〜７８は、一旦遊星歯車５２から離間するように径方向に移動されるとともに、遊星歯車５２の周方向に位置調整された後、把持動作が再実行される。

チャック装置６による把持が成功すると、遊星歯車５２は、ステップＳ１で決定された組付け位置へロボット２のアーム４により搬送され（ステップＳ４）、この組付け位置において内歯車４４に組み付けられた後（ステップＳ５）、アーム４が所定位置に退避して（ステップＳ８）、処理が終了する。

ステップＳ５における遊星歯車５２の組付け動作は所謂探り動作による組付け動作であり、成功するまで繰り返し実行され（ステップＳ５、ステップＳ６）、探り動作による遊星歯車５２の組付けが成功すると、ステップＳ７に進む。

図６及び図７に示すように、前記探り動作はチャック装置６により行われる。チャック装置６は、アーム４に連結されたアーム連結部６０と、該アーム連結部６０にコンプライアンス装置６４を介して連結された把持部６２とを有し、該把持部６２の先端に前記爪部７６〜７８が設けられている。

コンプライアンス装置６４は、アーム連結部６０に連結された第１プレート６６と、把持部６２に連結された第２プレート６８と、第１プレート６６と第２プレート６８とに跨る弾性部材７０とを有する。弾性部材７０としては例えばばねが用いられるが、弾性部材の種類は、少なくとも遊星歯車５２の軸方向に弾性変形可能なものであれば、特に限定されるものでない。

探り動作中において、図６に示すように弾性部材７０が伸縮した状態では、該弾性部材７０による組付け方向の付勢力により、把持部６２に把持された遊星歯車５２が組付け箇所に押し当てられる。

図７に示すように探り動作による組付けが成功すると、遊星歯車５２及び該遊星歯車５２を把持する把持部６２が組付け方向に移動し、これに伴って弾性部材７０は軸方向に伸長する。このとき、第１プレート６６と第２プレート６８との距離が増大するため、このことを利用して、探り動作の成否を判定することができる。本実施形態では、例えばカメラからなる探り判定用センサ８８により、第１プレート６６の外周面に付された第１マーカ７２と、第２プレート６８の外周面に付された第２マーカ７４との距離が検出され、この検出値が所定値以上に達したとき、探り動作が成功したと判定される。

ステップＳ７では、探り動作による組付け成功時の内歯車４４及び遊星歯車５２の位置及び位相の状態が基準状態として決定される。また、この基準状態における内歯車４４の中心軸４７の位置と位相とが基準位置Ｐａおよび基準位相Ｑａとして、同じく基準状態における遊星歯車５２の位置と位相とが基準組付け位置Ｒａおよび基準組付け位相Ｓａとして、それぞれ前記記憶装置１２に登録される。

なお、機構本体４２の設置面９０（図１２参照）に対する該機構本体４２の傾きが不定である場合、ステップＳ７では、前記基準状態における設置面９０に対する機構本体４２の傾きを基準傾きＴａとして記憶装置１２に登録することが好ましい。

このように、本実施形態では、ロボット２の探り動作による組付けが行われることで基準状態が決定されるが、基準状態を決定するための組付け作業は、作業者がロボット２のアーム４とチャック装置６とを手動で動かすことで行ってもよい。

このようにして基準状態の各情報が記憶装置１２に登録されると、この登録された情報に基づいて実際の組付け動作が実行される。なお、基準状態の各情報は、実際の組付け動作による組付けが成功したときの各情報に更新されるようにしてもよい。

［実際の組付け動作］
組立装置１による実際の組付け動作について、第１〜第３の実施形態に分けて具体的に説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態では、機構本体４２の位置と内歯車４４の位置及び位相とが基準状態決定時と同じである状態で、内歯車４４に対する遊星歯車５２の組付け動作を行う場合について説明する。

図８は、第１の実施形態に係る組付け動作について、制御装置１０により実行される制御動作の流れを示すフローチャートである。

図８に示す制御動作では、先ず、内歯車４４に対する遊星歯車５２〜５４の組付け位置が決定される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１における組付け位置決定の方法は、３つの遊星歯車５２〜５４のうち最初の遊星歯車５２を組み付ける場合と、２つ目又は３つ目の遊星歯車５３，５４を組み付ける場合とで異なる。

最初の遊星歯車５２の組付け作業の場合、ステップＳ１１では、図４に示すように、画像センサ３０により、キャリア４６上の３つの自転軸４８〜５０のうち任意の自転軸４８（４９，５０）の位置、具体的には例えば符号ａで示す自転軸４８の頂部の中心の位置が測定され、この測定位置が記憶装置１２に登録されるとともに、遊星歯車５２の組付け位置Ｐｂとして決定される。

一方、残りの遊星歯車５３，５４の組付け作業の場合、ステップＳ１１では、最初の遊星歯車５２の組付け作業時のステップＳ１１で記憶装置１２に登録された自転軸４８の測定位置と、該測定された自転軸４８と残りの自転軸４９，５０との位置関係とに基づいて、該残りの自転軸４９，５０の位置が算出されて、該算出された位置が遊星歯車５３，５４の組付け位置Ｒｂとして決定される。

次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で決定された組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂが算出される。

ステップＳ１２における位相Ｓｂの算出は、遊星歯車５２（５３，５４）が内歯車４４に対する組付け位置に応じた位相でのみ該内歯車４４に組付け可能であることに着目して、遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置と位相との相関関係に基づいてなされる。具体的には、ステップＳ１１で決定された遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置Ｒｂと、図３のステップＳ７で登録された基準組付け位置Ｒａとの関係に基づいて、同じく図３のステップＳ７で登録された基準組付け位相Ｓａに対する補正位相が、組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂとして算出される。より具体的には、次のように位相Ｓｂが算出される。

図２に示すように、仮に基準状態から現在まで内歯車４４に対する遊星歯車５２の組付け状態が維持され、該遊星歯車５２が基準組付け位置Ｒａから組付け位置Ｒｂに移動した場合を想定する。そうすると、この想定した遊星歯車５２の現在の位相が、組付け位置Ｒｂに対応した位相Ｓｂに相当する。

上記のように想定した遊星歯車５２が基準状態から現在まで角度θ１だけ公転し、角度θ２だけ自転したと仮定するとともに、内歯車４４及び遊星歯車５２の歯数をそれぞれＺ１、Ｚ２としたとき、次の数式１が成り立つ。

また、前記公転角度θ１については、次の数式２が成り立つ。

この数式２を数式１に代入することで前記自転角度θ２が算出され、この自転角度θ２だけ基準組付け位相Ｓａを補正することで算出される位相が、上記のように仮想した遊星歯車５２の現在の位相に相当する。

ただし、実際の組み付け動作時の位相合わせは遊星歯車５２を１歯分以上回転させて行う必要はなく、位相合わせに必要最低限の角度θ２’だけ回転させればよい。この必要最低限の自転角度θ２’は下記の数式３で求めることができる。この数式３は、自転角度θ２を１歯分の角度（２π／Ｚ２）で割ったときの余りが自転角度θ２’となることを意味する。したがって、例えば、自転角度θ２が５０°であり、１歯分の角度が３°であるとき、除算の商は４８、剰余は２であるため、自転角度θ２’は２°となる。

よって、このようにして算出された自転角度θ２’だけ基準組付け位相Ｓａが補正されることで、組付け位置Ｒｂに対応する位相Ｓｂが算出される。

このようにして組付け位置Ｒｂに対応する位相Ｓｂが算出されると、ロボット２のチャック装置６により遊星歯車５２（５３，５４）が把持される（ステップＳ１３）。この把持動作は、上述した図３の制御動作（ステップＳ２、ステップＳ３）と同様に行われ、把持が成功するまで繰り返し実行される（ステップＳ１３，ステップＳ１４）。

チャック装置６による把持が成功すると、遊星歯車５２は、ステップＳ１１で決定された組付け位置Ｒｂへロボット２のアーム４により搬送され（ステップＳ１５）、この組付け位置Ｒｂにおいて、ステップＳ１２で算出された位相Ｓｂで内歯車４４に組み付けられた後（ステップＳ１６）、アーム４が所定位置に退避して（ステップＳ１７）、処理が終了する。

以上のように実行される組付け動作では、３つの遊星歯車５２〜５４のうち最初に組み付けられる遊星歯車５２について組付け位置Ｒｂが測定されることを除けば、組付け位置Ｒｂ及び組付け位相Ｓｂの検出が省略されるため、高度で複雑なセンシング技術を導入する必要がない。

また、ステップＳ１６の組付け動作は、予め遊星歯車５２〜５４の位相が内歯車４４の位相に合わされた状態で行われるため、所謂探り動作を省略することができ、これにより、作業時間を短縮することができるとともに、探り動作による傷が歯車４４，５２〜５４に生じることを防止できる。ただし、ステップＳ１６において、組付け位置の測定誤差が大きい場合等に対応すべく、念のために探り動作を行ってもよい。

以上の組付け動作により内歯車４４に全ての遊星歯車５２〜５４が組み付けられると、これらの遊星歯車５２〜５４に太陽歯車５６が組み付けられる。

なお、太陽歯車５６の組付けにおいても、遊星歯車５２〜５４の組付け時と同様に、予め基準状態を決定する制御動作がなされ、この基準状態における太陽歯車５６の位相（基準組付け位相Ｕａ）が記憶装置１２に登録された後、実際の組付け動作が実行される。

また、太陽歯車５６の組付け動作では遊星歯車５２〜５４との位相合わせが必要であり、この位相合わせは、太陽歯車５６の組付け位相Ｕｂを算出することによって行われる。この組付け位相Ｕｂの算出は、遊星歯車５２〜５４の組付け位相Ｓｂの算出と同様に行われる。

具体的に、太陽歯車５６の組付け位相Ｕｂの算出に際しては、図２に示すように、仮に基準状態から現在まで遊星歯車５２〜５４に対する太陽歯車５６の組付け状態が維持され、基準状態から現在までに遊星歯車５２〜５４が基準組付け位置Ｒａから角度θ１だけ公転し、太陽歯車５６が基準組付け位相Ｕａから角度θ３だけ自転した場合を想定する。そうすると、この想定した遊星歯車５２の現在の位相が組付け位相Ｕｂに相当する。

内歯車４４及び太陽歯車５６の歯数をそれぞれＺ１、Ｚ３としたとき、次の数式４が成り立つ。

遊星歯車５２〜５４の公転角度θ１は、上述した数式２で求められる。そのため、この数式２を数式４に代入することで前記自転角度θ３が算出され、この自転角度θ３だけ基準組付け位相Ｕａを補正することで算出される位相が、上記のように仮想した太陽歯車５６の現在の位相に相当する。

ただし、実際の組み付け動作時の位相合わせは太陽歯車５６を１歯分以上回転させて行う必要はなく、位相合わせに必要最低限の角度θ３’だけ回転させればよい。この必要最低限の自転角度θ３’は次の数式５で求めることができる。

よって、このようにして算出された自転角度θ３’だけ基準組付け位相Ｕａが補正されることで、組付け位置Ｒｂに対応する太陽歯車５６の位相Ｕｂが算出される。このように、太陽歯車５６の組付けも、遊星歯車５２〜５４の組付けと同様、算出された位相Ｕｂで行われるため、位相合わせのための組付け位相Ｕｂの検出や探り動作を省略することができる。

［第２の実施形態］
図９及び図１０を参照しながら、第２の実施形態について説明する。

図１０は、基準状態における機構本体４２を破線で、実際の組付け作業時における機構本体４２を実線でそれぞれ模式的に示している。

図１０に示すように、第２の実施形態では、機構本体４２における画像センサ３０で検出可能な位置にマーカ８０が付されている。このマーカ８０は、例えば図４の符号ｃが付された位置に設けられるが、中心軸４７の頂部（図４の符号ｂ）と異なる位置であれば、機構本体４２の任意の位置に設けることができ、内歯車４４に設けるようにしてもよい。また、機構本体４２又は内歯車４４にマーカ８０と同様の機能を果たし得る箇所があれば、必ずしもマーカ８０を設けなくてもよい。

第２の実施形態では、機構本体４２が同一面上で移動及び／又は回転可能に設置されており、該機構本体４２に固定された内歯車４４が機構本体４２と共に同一面内で移動及び／又は回転するようになっている。そのため、基準状態に比べて機構本体４２の位置と内歯車４４の位置及び位相とが変化し得る状態で、内歯車４４に対する遊星歯車５２の組付け動作が行われることになる。したがって、第２の実施形態では、内歯車４４の位置及び位相が基準状態から変化することに対応して、記憶装置１２に登録された基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａを補正する必要がある。

図９は、第２の実施形態に係る組付け動作について、制御装置１０により実行される制御動作の流れを示すフローチャートである。

図９に示す制御動作では、先ず、画像センサ３０により、中心軸４７の頂部の位置（図４の符号ｂ）とマーカ８０の位置（図４の符号ｃ）とが測定される（ステップＳ２１）。また、これら中心軸４７及びマーカ８０の測定位置と、記憶装置１２に登録された内歯車４４の基準位置Ｐａ及び基準位相Ｑａとに基づく算出により、組付け作業時の内歯車４４の位置Ｐｂ及び位相Ｑｂが検出される。

次のステップＳ２２では、記憶装置１２に登録された基準位置Ｐａ及び基準位相Ｑａと、ステップＳ２１で検出された内歯車４４の位置Ｐｂ及び位相Ｑｂとの関係に基づいて、記憶装置１２に登録された基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａが補正される。

続くステップＳ２３では、第１の実施形態のステップＳ１１と同様に、内歯車４４に対する遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置Ｒｂが決定される。

次のステップＳ２４では、ステップＳ２３で決定された組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂが算出される。

具体的には、ステップＳ２３で決定された遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置Ｒｂと、ステップＳ２２で補正された基準組付け位置Ｒａ’との関係に基づいて、同じくステップＳ２２で補正された基準組付け位相Ｓａ’に対する補正位相が、組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂとして算出される。位相Ｓｂの詳細な算出方法は第１の実施形態と同様である。

このようにして組付け位相Ｓｂが算出されると、遊星歯車５２（５３，５４）は、第１の実施形態と同様、チャック装置６により把持され（ステップＳ２５、ステップＳ２６）、アーム４により組付け位置Ｒｂに搬送されて（ステップＳ２７）、前記組付け位相Ｓｂで内歯車４４に組み付けられた後（ステップＳ２８）、アーム４が所定位置に退避して（ステップＳ２９）、処理が終了する。

以上のように、第２の実施形態によれば、機構本体４２と内歯車４４とが基準状態に比べて同一面上で移動及び／又は回転した場合であっても、その移動量及び／又は回転量に応じて遊星歯車５２（５３，５４）の基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａが補正されるため、第１の実施形態と同様、組付け位置Ｒｂに対応した位相Ｓｂを算出することができる。したがって、第１の実施形態と同様、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、短時間で組付け作業を完了させることができる。

以上の組付け動作により内歯車４４に全ての遊星歯車５２〜５４が組み付けられると、これらの遊星歯車５２〜５４に対して、太陽歯車５６が第１の実施形態と同様に組み付けられる。

［第３の実施形態］
図１１及び図１２を参照しながら、第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、設置面９０に対する機構本体４２の傾き（図１２参照）が不定であり、該機構本体４２が移動及び／又は回転可能に設置されている。そのため、該機構本体４２に固定された内歯車４４の位置及び位相は、機構本体４２の傾き等に応じて変化するようになっている。したがって、第２の実施形態と同様、内歯車４４の位置及び位相が基準状態から変化することに対応して、記憶装置１２に登録された基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａを補正する必要がある。

図１１は、第３の実施形態に係る組付け動作について、制御装置１０により実行される制御動作の流れを示すフローチャートである。

図１１に示す制御動作では、先ず、画像センサ３０により、３つの自転軸４８〜５０の頂部の位置が測定される（ステップＳ３１）。また、これら３箇所の測定位置を頂点とする仮想の三角形の重心及び傾きに基づいて、内歯車４４の中心軸４７の位置Ｐｂ、位相Ｑｂ及び設置面９０に対する傾きＴｂが検出される。

次のステップＳ３２では、記憶装置１２に登録された基準位置Ｐａ、基準位相Ｑａ及び基準傾きＴａと、ステップＳ３１で検出された内歯車４４の位置Ｐｂ、位相Ｑｂ及び傾きＴｂとの関係に基づいて、記憶装置１２に登録された基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａが補正される。

続くステップＳ３３では、第１の実施形態のステップＳ１１と同様に、内歯車４４に対する遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置Ｒｂが決定される。

次のステップＳ３４では、ステップＳ２３で決定された組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂが算出される。

具体的には、ステップＳ３３で決定された遊星歯車５２（５３，５４）の組付け位置Ｒｂと、ステップＳ３２で補正された基準組付け位置Ｒａ’との関係に基づいて、同じくステップＳ３２で補正された基準組付け位相Ｓａ’に対する補正位相が、組付け位置Ｒｂに対応する遊星歯車５２（５３，５４）の位相Ｓｂとして算出される。位相Ｓｂの詳細な算出方法は第１の実施形態と同様である。

このようにして組付け位相Ｓｂが算出されると、遊星歯車５２（５３，５４）は、第１の実施形態と同様、チャック装置６により把持され（ステップＳ３５、ステップＳ３６）、アーム４により組付け位置Ｒｂに搬送されて（ステップＳ３７）、前記組付け位相Ｓｂで内歯車４４に組み付けられた後（ステップＳ３８）、アーム４が所定位置に退避して（ステップＳ３９）、処理が終了する。

以上のように、第３の実施形態によれば、機構本体４２及び内歯車４４の傾き等が基準状態から変化した場合であっても、その変化に応じて遊星歯車５２（５３，５４）の基準組付け位置Ｒａ及び基準組付け位相Ｓａが補正されるため、第１の実施形態と同様、組付け位置Ｒｂに対応した位相Ｓｂを算出することができる。したがって、第１の実施形態と同様、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、短時間で組付け作業を完了させることができる。

以上の組付け動作により内歯車４４に全ての遊星歯車５２〜５４が組み付けられると、これらの遊星歯車５２〜５４に対して、太陽歯車５６が第１の実施形態と同様に組み付けられる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、キャリア上に設けられた自転軸に遊星歯車を取り付ける構成について説明したが、本発明は、キャリア上に設けられた自転軸取付部（例えば、自転軸取付用の穴）に、遊星歯車に一体化された自転軸を取り付ける場合にも適用することができる。

また、上述の実施形態では、固定歯車に遊星歯車を組み付けて遊星歯車機構を組み立てる場合について説明したが、本発明は、遊星歯車機構以外の歯車装置を組み立てる場合にも適用することができる。

本発明により組み立てられる遊星歯車機構以外の歯車装置の一例としては、例えば図１３に示すラックアンドピニオン装置１００が挙げられる。図１３に示すラックアンドピニオン装置１００は、固定歯車であるラック１０２と、該ラック１０２に平行に延設された溝１０４に沿ってスライドするキャリア１０６と、該キャリア１０６上に設けられた自転軸１０８に取り付けられたピニオン１１０とを有する。このラックアンドピニオン装置１００においても、ラック１０２とピニオン１１０との組付け作業には位置合わせと位相合わせの両方が必要であるが、遊星歯車機構の固定歯車及び遊星歯車と同様、ラック１０２に対するピニオン１１０の組付け位置と、該組付け位置におけるピニオン１１０の位相との間には相関関係がある。よって、第１の部品としてのラック１０２に対する第２の部品としてのピニオン１１０の組付け位置を決定し、該決定された組付け位置に応じたピニオン１１０の位相を前記相関関係に基づいて算出して、前記決定された組付け位置で且つ前記算出された位相でラック１０２にピニオン１１０を組み付けることで、この組付け作業を、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく短時間で完了させることができる。

さらに、本発明は、歯車装置のみならず、部品同士の組付け作業に位置合わせと位相合わせとが必要な歯車装置以外の種々の装置を組み立てる場合にも適用することができ、例えば、角穴を備えるとともに一定の幾何学的条件下で該角穴の向きを変えながら移動し得る可動部材に対して、前記角穴に対応する形状の角棒を組み付ける場合にも、本発明を適用することができる。

以上のように、本発明によれば、位置合わせと位相合わせとが必要な部品同士の組付け作業を、高度で複雑なセンシング技術を用いることなく、短時間で完了させることが可能となるから、位置合わせと位相合わせとが必要な組付け作業を伴う歯車装置等の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１：組立装置、２：ロボット（組付け装置）、４：アーム、６：チャック装置（把持装置）、１０：制御装置、１２：記憶装置、３０：画像センサ（測定装置）、４０：遊星歯車機構、４２：機構本体、４４：内歯車（固定歯車）、４６：キャリア、４７：内歯車の中心軸、４８，４９，５０：遊星歯車の自転軸、５２，５３，５４：遊星歯車、５６：太陽歯車（回転歯車）、７６，７７，７８：チャック装置の爪部、８０：マーカ。

Claims (9)

1. 所定の位置および位相にセットされた第１の歯車に、該第１の歯車に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の歯車に組付け可能な第２の歯車を組み付けるための部品の組立方法であって、
   第２の歯車の組付け位置を決定する組付け位置決定工程と、
   第２の歯車を所定の位相でのみ把持可能な把持装置によって該第２の歯車を把持することで、前記把持装置に対して第２の歯車の位相を位置決めする把持工程と、
   第２の歯車の組付け位置と第１の歯車の位相と第２の歯車の位相との相関関係に基づいて、前記組付け位置決定工程で決定された組付け位置に応じた第２の歯車の位相を算出する位相算出工程と、
   前記把持装置によって把持された第２の歯車の位相を、前記位相算出工程で算出された位相に合わせ、位相合わせされた第２の歯車を、前記組付け位置決定工程で決定された組付け位置で第１の歯車に組み付ける組付け工程と、を有することを特徴とする部品の組立方法。
2. 回転不能に機構本体に固定された内歯車または太陽歯車の一方からなる固定歯車と、
   該固定歯車の中心軸周りに回転可能な内歯車または太陽歯車の他方からなる回転歯車と、
   前記中心軸周りに回転可能なキャリアと、
   該キャリア上に設けられた自転軸または自転軸取付部に組み付けられることで該自転軸周りに自転可能且つ前記中心軸周りに公転可能なように該キャリアに支持される遊星歯車と、を備えた遊星歯車機構を組み立てるための部品の組立方法であって、
   前記第１の歯車は前記固定歯車であり、
   前記第２の歯車は前記遊星歯車であり、
   予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車を組み付けたときの該遊星歯車の組付け位置と位相とを基準組付け位置及び基準組付け位相として記憶しておく基準状態決定工程をさらに備え、
   前記組付け位置決定工程では、前記自転軸または自転軸取付部の位置を組付け位置として決定し、
   前記位相算出工程では、前記組付け位置決定工程で決定された遊星歯車の組付け位置と、前記基準組付け位置との関係に基づいて、前記基準組付け位相に対する補正位相を前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出することを特徴とする請求項１に記載の部品の組立方法。
3. 前記機構本体が位置決めされた状態で、前記キャリア上に所定の位置関係で設けられた複数の前記自転軸または自転軸取付部にそれぞれ前記遊星歯車を取り付けることで、該遊星歯車を前記固定歯車に組み付ける部品の組立方法であって、
   前記複数の自転軸または自転軸取付部のいずれか１つの位置を測定する自転軸測定工程をさらに備え、
   前記自転軸測定工程で測定された自転軸または自転軸取付部に取り付けられる遊星歯車については、前記組付け位置決定工程において、前記測定された自転軸または自転軸取付部の測定位置を組付け位置として決定し、
   前記自転軸測定工程で測定されなかった残りの自転軸または自転軸取付部に取り付けられる遊星歯車については、前記組付け位置決定工程において、前記測定された自転軸または自転軸取付部と残りの自転軸または自転軸取付部との位置関係に基づいて組付け位置を決定することを特徴とする請求項２に記載の部品の組立方法。
4. 前記機構本体が同一面上で移動及び／又は回転可能に設置された状態で遊星歯車機構を組み立てるための部品の組立方法であって、
   前記基準状態決定工程では、予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車を組み付けたときの固定歯車の位置と位相とを基準位置及び基準位相として記憶しておき、
   前記位相算出工程の前に、前記中心軸の位置と、前記機構本体上または前記固定歯車上における前記中心軸とは別の少なくとも一箇所の位置とに基づいて、前記固定歯車の位置と位相とを検出する検出工程と、
   前記基準状態決定工程で記憶された固定歯車の基準位置及び基準位相と、前記検出工程で検出された固定歯車の位置及び位相との関係に基づいて、前記基準状態決定工程で記憶された基準組付け位置及び基準組付け位相を補正する基準補正工程と、をさらに備え、
   前記位相算出工程では、前記組付け位置決定工程で決定された遊星歯車の組付け位置と、前記基準補正工程で補正された基準組付け位置との関係に基づいて、前記基準補正工程で補正された基準組付け位相に対する補正位相を、前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出することを特徴とする請求項２に記載の部品の組立方法。
5. 設置面に対する前記機構本体の傾きが不定であり且つ該機構本体が同一面上で移動及び／又は回転可能に設置された状態で、前記キャリア上に所定の位置関係で設けられた少なくとも３つの前記自転軸または自転軸取付部にそれぞれ前記遊星歯車を取り付けて、該遊星歯車を前記固定歯車に組み付ける部品の組立方法であって、
   前記基準状態決定工程では、予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車を組み付けたときの固定歯車の位置と位相と設置面に対する傾きとを基準位置、基準位相及び基準傾きとして記憶しておき、
   前記位相算出工程の前に、前記３つの自転軸または自転軸取付部の位置に基づいて、前記固定歯車の位置と位相と設置面に対する傾きとを検出する検出工程と、
   前記基準状態決定工程で記憶された固定歯車の基準位置、基準位相及び基準傾きと、前記検出工程で検出された固定歯車の位置、位相及び設置面に対する傾きとの関係に基づいて、前記基準状態決定工程で記憶された基準組付け位置及び基準組付け位相を補正する基準補正工程と、をさらに備え、
   前記位相算出工程では、前記組付け位置決定工程で決定された遊星歯車の組付け位置と、前記基準補正工程で補正された基準組付け位置との関係に基づいて、前記基準補正工程で補正された基準組付け位相に対する補正位相を、前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出することを特徴とする請求項２に記載の部品の組立方法。
6. 前記基準状態決定工程の前に、ロボットの探り動作により遊星歯車を固定歯車に組み付ける探り組付け工程をさらに備え、
   前記基準状態決定工程では、前記探り組付け工程での組み付けが成功したときの遊星歯車の組付け位置と位相とを、基準組付け位置及び基準組付け位相として、前記ロボットを制御する制御装置の記憶装置に登録することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の部品の組立方法。
7. 所定の位置および位相にセットされた第１の歯車に、該第１の歯車に対する組付け位置が不定であり且つ該組付け位置に応じた位相でのみ第１の歯車に組付け可能な第２の歯車を組み付けるための部品の組立装置であって、
   第２の歯車を所定の位相でのみ把持可能な把持装置と、
   第１の歯車に第２の歯車を組み付ける組付け装置と、
   該組付け手段を制御する制御装置と、を備え、
   該制御装置は、
   第２の歯車の組付け位置を決定する組付け位置決定部と、
   第２の歯車の組付け位置と第１の歯車の位相と第２の歯車の位相との相関関係に基づいて、前記組付け位置決定部により決定された組付け位置に応じた第２の歯車の位相を算出する位相算出部と、
   前記把持装置によって把持された第２の歯車の位相を、前記位相算出部で算出された位相に合わせ、位相合わせされた第２の歯車を、前記組付け位置決定部により決定された組付け位置で第１の歯車に組み付けるように前記組付け装置を制御する組付け制御部と、を備えたことを特徴とする部品の組立装置。
8. 回転不能に機構本体に固定された内歯車または太陽歯車の一方からなる固定歯車と、
   該固定歯車の中心軸周りに回転可能な内歯車または太陽歯車の他方からなる回転歯車と、
   前記中心軸周りに回転可能なキャリアと、
   該キャリア上に設けられた自転軸または自転軸取付部に組み付けられることで該自転軸周りに自転可能且つ前記中心軸周りに公転可能なように該キャリアに支持された遊星歯車と、を備えた遊星歯車機構を組み立てるための部品の組立装置であって、
   前記第１の歯車は前記固定歯車であり、
   前記第２の歯車は前記遊星歯車であり、
   前記キャリア上の自転軸または自転軸取付部の位置を測定する測定装置と、
   予め所定の位置および位相にセットされた固定歯車に遊星歯車が組み付けられたときの該遊星歯車の組付け位置と位相とを基準組付け位置及び基準組付け位相として記憶する記憶装置と、をさらに備え、
   前記組付け位置決定部は、前記自転軸または自転軸取付部の位置を組付け位置として決定し、
   前記位相算出部は、前記組付け位置決定部により決定された遊星歯車の組付け位置と、前記記憶装置に記憶された基準組付け位置との関係に基づいて、前記記憶装置に記憶された基準組付け位相に対する補正位相を前記組付け位置に応じた遊星歯車の位相として算出することを特徴とする請求項７に記載の部品の組立装置。
9. 前記組付け位置決定部は、
   前記キャリア上に所定の位置関係で設けられた複数の前記自転軸または自転軸取付部のうち、前記測定装置により測定された１つの前記自転軸または自転軸取付部の位置を、該自転軸または自転軸取付部に取り付けられる遊星歯車の組付け位置として決定し、
   前記測定装置により測定された自転軸または自転軸取付部と、残りの自転軸または自転軸取付部との位置関係に基づいて、該残りの自転軸または自転軸取付部に取り付けられる遊星歯車の組付け位置を決定することを特徴とする請求項８に記載の部品の組立装置。

Images