JP6325507B2 - 嵌合部品と被嵌合部品とをロボットによって嵌合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、嵌合部品と被嵌合部品とをロボットによって互いに嵌合する方法に関する。

複数のシャフト部を有する嵌合部品と、該シャフト部を受容可能な複数の穴を有する被嵌合部品とを、ロボットによって互いに嵌合する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−２４９３７８号公報

嵌合部品の中には、シャフト部が可動に保持されているものがある。従来、このような可動のシャフト部を、対応する穴に嵌入させることが困難であった。

本発明の一態様において、嵌合部品は、ベース部と、ベース部に取り付けられた複数のシャフト部であって、ベース部に対してシャフト部の軸方向に可動であるとともに、所定位置で一方への軸方向移動を係止される、複数のシャフト部とを有する。被嵌合部品は、上面と、該上面から凹むように形成され、複数のシャフト部の各々を受容可能に配置された複数の穴とを有する。

嵌合部品と被嵌合部品とをロボットによって互いに嵌合する方法は、複数のシャフト部が所定位置で鉛直下方への軸方向移動を係止された状態でベース部の鉛直下側に吊り下げられるように、ロボットによってベース部を把持して、被嵌合部品の上面の鉛直上方に配置することと、ベース部の下面を、被嵌合部品の上面に接近させるように、ベース部をロボットによって鉛直下方へ移動させることとを備える。

また、この方法は、ベース部をロボットによって鉛直下方へ移動させたときに、少なくとも１つのシャフト部の先端が穴に挿入されずに被嵌合部品の上面と当接した場合には、該少なくとも１つのシャフト部の先端が穴を通過する経路で被嵌合部品の上面を摺動するように、ロボットによって、複数のシャフト部が吊り下げられているベース部の位置の各々を水平方向へ移動させることを備える。

位置の各々を水平方向へ移動させるときに、ロボットによって該位置の各々を水平方向へ往復動させてもよい。位置の各々を水平方向へ移動させるのと同時に、ロボットによってベース部を鉛直下方へ移動させてもよい。

ベース部は、複数の貫通孔を有してもよい。シャフト部は、貫通孔に軸方向に摺動可能に挿通される本体部と、該本体部から外方へ突出し、ベース部の上面と係合してシャフト部を所定位置でベース部に係止する鍔部とを有してもよい。ベース部を鉛直下方へ移動させたときに該シャフト部が該ベース部に対して鉛直上方へ変位したことを検知すること、をさらに備えてもよい。

この方法は、シャフト部がベース部に対して鉛直上方へ変位したことを検知したときに、複数のシャフト部の先端が被嵌合部品の上面から鉛直上方へ離反するように、ベース部をロボットによって鉛直上方へ移動させることをさらに備えてもよい。

この方法は、ベース部を鉛直上方へ移動させた後に、ベース部の下面を、被嵌合部品の上面に接近させるように、ベース部をロボットによって鉛直下方へ移動させることをさらに備えてもよい。

この方法は、ベース部を鉛直上方へ移動させた後にベース部をロボットによって鉛直下方へ移動させたときに、少なくとも１つのシャフト部の先端が穴に挿入されずに被嵌合部品の上面と当接した場合には、該少なくとも１つのシャフト部の先端が穴を通過する経路で被嵌合部品の上面を摺動するように、ロボットによって位置の各々を水平方向へ移動させることをさらに備えてもよい。

この方法は、被嵌合部品の上面を撮像することと、撮像した該上面の画像に基づいて、ロボットによってベース部を該上面の鉛直上方に配置するときの該ベース部の位置および姿勢を決定することとをさらに備えてもよい。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの図である。 図１に示すロボットハンドの拡大図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す嵌合部品の図である。 図１に示すロボットによって嵌合部品を被嵌合部品に嵌合させる方法の一例を示すフローチャートである。 図５中のステップＳ３の終了時の嵌合部品と被嵌合部品との位置関係を示す図である。 シャフト部の先端が被嵌合部品の上面に当接した状態を示す図である。 ロボットがベース部を図８中の矢印Ｉの方向（正転方向）へ回転させた状態を示す図である。 ロボットがベース部を図９中の矢印Ｊの方向（逆転方向）へ回転させた状態を示す図である。 全ての本体部の先端が対応する穴内に適正に嵌入された状態を示す図である。 全ての本体部の先端が対応する穴内に適正に嵌入された状態を示す図である。 シャフト部の本体部が穴内に適正に嵌入されずに、該本体部の先端が、被嵌合部品の上面と当接している状態を示す図である。 他の実施形態に係る嵌合部品の図である。 ロボットがベース部を図１４中のｘ軸方向へ往復動させているときの状態を示す図である。 ロボットがベース部を図１５中のｙ軸方向へ往復動させているときの状態を示す図である。 他の実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図１６に示すロボットに具備されたロボットハンドの図である。 図１６に示すロボットによって嵌合部品を被嵌合部品に嵌合させる方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１０について説明する。なお、以下の説明における上方とは、鉛直上方を示し、図１および図２の紙面上方に相当する。

ロボットシステム１０は、嵌合部品１００を把持して移動させ、被嵌合部品１０２に嵌合させるためのものである。ロボットシステム１０は、制御部１２およびロボット１４を備える。

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）および記憶部（ともに図示せず）等を有し、ロボット１４の各構成要素を、直接的または間接的に制御する。

ロボット１４は、例えば垂直多関節ロボットであって、ロボットベース１６、旋回胴１８、ロボットアーム２０、およびロボットハンド２２を備える。ロボットベース１６は、ワークセルＡの床に固定されている。旋回胴１８は、ロボットベース１６に鉛直軸周りに旋回可能に取り付けられている。

ロボットアーム２０は、旋回胴１８に回転可能に取り付けられた後腕部２３と、該後腕部２３の先端に回転可能に取り付けられた前腕部２４とを有する。前腕部２４の先端には、手首部２６が設けられている。ロボットハンド２２は、該手首部２６を介して、前腕部２４の先端に取り付けられている。

ロボット１４は、複数のサーボモータ２８（図３）を有する。サーボモータ２８は、旋回胴１８、ロボットアーム２０、およびロボットハンド２２に内蔵され、これら可動要素の回動軸を回転駆動する。制御部１２は、サーボモータ２８に指令を送り、ロボット１４の各可動要素を動作させる。

図２に示すように、ロボットハンド２２は、ハンドベース３０、複数の指部３２、３４、および３６、ならびに、可動受け部３８を有する。ハンドベース３０は、手首部２６に連結される。

具体的には、ハンドベース３０は、土台プレート４０と、該土台プレート４０の上面４０ａから上方へ延出する連結ロッド４２と、土台プレート４０の下面４０ｂに固定された円柱状の指保持部４４とを有する。連結ロッド４２は、手首部２６に連結される。

指部３２、３４、および３６は、指保持部４４に開閉可能に取り付けられる。本実施形態においては、計３個の指部３２、３４、および３６が、指保持部４４の周方向に略１２０°の間隔で整列するように、設けられている。

指部３２、３４、および３６は、エアチャック（図示せず）によって、互いに対して接近および離反する方向へ、移動される。これら指部３２、３４、および３６によって、ハンドベース３０は、嵌合部品１００を把持したり、解放したりすることができる。

可動受け部３８は、受けプレート４６と、複数のシャフト４８、５０、および５２とを有する。受けプレート４６は、略三角形の形状を有し、指保持部４４の下方に離隔して配置されている。

指部３２、３４、および３６は、それぞれ、三角形の受けプレート４６の一辺に相当する位置に配置されており、該受けプレート４６よりも下方へ延びて、該受けプレート４６の下側で、嵌合部品１００を把持する。

受けプレート４６の上面４６ａには、該上面４６ａから上方へ延出する計３個のボス５４、５６、および５８（図６）が設けられている。これらボス５４、５６、および５８は、シャフト４８、５０、および５２よりも大きな直径を有する円柱部材である。

シャフト４８、５０、および５２は、それぞれ、ボス５４、５６、および５８から上方に延出している。シャフト４８、５０、および５２は、それぞれ、三角形の受けプレート４６の各頂角の近傍に配置されている。

土台プレート４０には、シャフト４８、５０、および５２の各々に対応する位置に、計３個の貫通孔（図示せず）が形成されている。シャフト４８、５０、および５２は、それぞれ、これら３個の貫通孔に鉛直方向に摺動可能に挿通されている。シャフト４８、５０、および５２の上端は、土台プレート４０の上面４０ａから上方へ突出している。

土台プレート４０と、ボス５４、５６、および５８の各々との間には、計３個のコイルバネ６０が介挿されている。コイルバネ６０は、それぞれ、シャフト４８、５０、および５２を環囲するように配置されており、土台プレート４０と受けプレートとを互いから離反させるように付勢する。

ロボット１４は、視覚センサ６２および変位検出部６４をさらに有する。視覚センサ６２は、土台プレート４０に固定されている。視覚センサ６２は、例えば３次元視覚センサであり、制御部１２からの指令に応じて、被嵌合部品１０２を撮像する。

変位検出部６４は、例えば近接スイッチまたは変位計等を有し、土台プレート４０に取り付けられている。変位検出部６４は、土台プレート４０の上面４０ａから突出しているシャフト４８、５０、および５２が、土台プレート４０に対して上方へ変位したことを検出する。

次に、図４を参照して、嵌合部品１００について説明する。嵌合部品１００は、円板状のベース部１０４と、複数のシャフト部１０６とを有する。ベース部１０４には、複数の円形の貫通孔１０８が形成されている。

これら貫通孔１０８は、ベース部１０４の周方向に略等間隔で配列されている。より具体的には、貫通孔１０８の中心は、ベース部１０４と同心の直径Ｅの円上に略等間隔で整列するように、配置されている。

シャフト部１０６の各々は、本体部１０６ａと、該本体部１０６ａから外方へ突出する鍔部１０６ｂとを有する。本体部１０６ａは、貫通孔１０８よりも小さい直径を有する円柱部材であって、本体部１０６ａの軸方向Ｂに摺動可能となるように、貫通孔１０８に挿通されている。

鍔部１０６ｂは、本体部１０６ａの上端から拡径するように設けられた、貫通孔１０８よりも大きな直径を有する円板部材である。本実施形態においては、ベース部１０４に計９個の貫通孔１０８が形成され、これら貫通孔１０８に、計９個のシャフト部１０６が挿通されている。

図４に示すように、貫通孔１０８にシャフト部１０６を挿通した状態でベース部１０４を持ち上げると、鍔部１０６ｂがベース部１０４の上面１０４ａと係合し、シャフト部１０６の軸方向下方への移動が係止される。こうして、シャフト部１０６の各々は、鍔部１０６ｂが形成されている位置（所定位置）で、ベース部１０４に係止される。

一方、シャフト部１０６は、貫通孔１０８内を軸方向Ｂに摺動可能であり、且つ、矢印Ｃに示す方向へ回転可能である。すなわち、シャフト部１０６の各々の先端１０６ｃは、揺動可能な自由端となっている。

ロボットハンド２２は、指部３２、３４、および３６によって、嵌合部品１００のベース部１０４を把持することができる。

次に、図２を参照して、被嵌合部品１０２について説明する。被嵌合部品１０２は、円柱状の部材であって、上面１１２と、該上面１１２から下方へ凹むように形成された複数の穴１１０とを有する。本実施形態においては、上面１１２は、平面であって、ロボット１４が嵌合部品１００との嵌合作業を実行するときに、略水平に配置される。

本実施形態においては、計９個の穴１１０が、被嵌合部品１０２に形成されている。これら穴１１０の各々は、上述したシャフト部１０６の本体部１０６ａよりも大きな直径を有し、本体部１０６ａの各々を受容可能である。

これら穴１１０の中心は、被嵌合部品１０２と同心の直径Ｅの円上に略等間隔で整列するように、配置されている。すなわち、これら穴１１０は、嵌合部品１００のベース部１０４に形成された貫通孔１０８に対応する位置に、配設されている。

上述した視覚センサ６２は、被嵌合部品１０２の上面１１２を撮像し、撮像した画像から、該上面１１２の中心Ｆの座標と、穴１１０の座標とを算出する。視覚センサ６２は、算出した座標に係るデータを、制御部１２へ送信する。

次に、図５を参照して、ロボット１４によって嵌合部品１００と被嵌合部品１０２とを嵌合する方法について説明する。図５に示す動作フローは、制御部１２が、使用者、上位コントローラ、またはプログラムから、嵌合部品１００と被嵌合部品１０２とを嵌合する作業を行う作業指令を受け付けたときに、開始する。

ステップＳ１において、制御部１２は、視覚センサ６２によって被嵌合部品１０２の上面１１２を撮像する。具体的には、制御部１２は、ロボット１４を動作させ、視覚センサ６２を、予め定められた場所Ｇ（図１）に設置された被嵌合部品１０２の上方に位置決めする。

このとき、視覚センサ６２は、被嵌合部品１０２の上面１１２を撮像可能な位置に、配置される。そして、制御部１２は、視覚センサ６２に撮像指令を送信する。視覚センサ６２は、制御部１２から撮像指令を受信すると、被嵌合部品１０２の上面１１２を撮像する。

次いで、視覚センサ６２は、撮像した画像データから、該上面１１２の中心Ｆ（図２）の座標と、１つの穴１１０の座標とを算出する。視覚センサ６２は、算出した座標に係るデータを、制御部１２へ送信する。

ステップＳ２において、制御部１２は、嵌合部品１００のベース部１０４をロボット１４によって把持して持ち上げる。具体的には、制御部１２は、ロボット１４を動作させ、ロボットハンド２２の指部３２、３４、および３６を、予め定められた場所Ｈ（図１）に設置された嵌合部品１００のベース部１０４の径方向外側に、配置させる。

次いで、制御部１２は、指部３２、３４、および３６を、互いに接近する方向へ移動させて、指部３２、３４、および３６によってベース部１０４を把持する。次いで、制御部１２は、ロボット１４を動作させ、ベース部１０４を上方へ持ち上げる。

これにより、複数のシャフト部１０６は、鍔部１０６ｂと上面１０４ａとの係合によって鉛直下方への軸方向移動を係止され、ベース部１０４の鉛直下側に吊り下げられた状態となる。なお、この状態においては、可動受け部３８の受けプレート４６の下面４６ｂ（図６）は、嵌合部品１００の鍔部１０６ｂから上方に僅かに離隔している。

ステップＳ３において、制御部１２は、嵌合部品１００のベース部１０４を、場所Ｇに設置された被嵌合部品１０２の上面１１２の上方に配置させる。具体的には、制御部１２は、ステップＳ１にて取得した座標データに基づいて、ロボット１４によって配置させるべきベース部１０４の位置および姿勢を決定する。

このとき、制御部１２は、嵌合部品１００が被嵌合部品１０２の上方に位置し、ベース部１０４が水平に配置され、ベース部１０４の中心Ｄ（図４）、およびベース部１０４に形成された１つの貫通孔１０８の中心の水平面内の座標が、ステップＳ１にて取得した上面１１２の中心Ｆ（図２）および１つの穴１１０の中心の水平面内の座標に一致するように、ベース部１０４の位置および姿勢を決定する。

制御部１２は、ロボット１４を動作させて、決定した位置および姿勢にベース部１０４を配置させる。これにより、嵌合部品１００は、ベース部１０４の貫通孔１０８が、それぞれ、被嵌合部品１０２の穴１１０の上方に位置するように、被嵌合部品１０２の上方に位置決めされる。この状態を図６に示す。なお、図６においては、理解の容易の観点から、指部３２の一部を点線で示している。

ステップＳ４において、制御部１２は、ベース部１０４の下面１０４ｂを、被嵌合部品１０２の上面１１２に接近させるように、ロボットハンド２２によって把持しているベース部１０４を、ステップＳ３の終了時の位置から下方へ移動させる。具体的には、制御部１２は、図６中の距離Ｘ_１が距離Ｘ_２よりも小さくなる（すなわち、Ｘ_１＜Ｘ_２）ように、ロボット１４によってベース部１０４を、予め定められた距離だけ下方へ移動させる。

ここで、距離Ｘ_１は、ベース部１０４の下面１０４ｂと、被嵌合部品１０２の上面１１２との間の鉛直方向の距離である。一方、距離Ｘ_２は、ベース部１０４の下面１０４ｂと、該ベース部１０４に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃとの間の鉛直方向の距離である。

一例として、制御部１２は、ステップＳ３にてベース部１０４の位置および姿勢を決定したときに、距離Ｘ_１を算出する一方、距離Ｘ_２を予め記憶する。この距離Ｘ_２は、シャフト部１０６の軸方向Ｂが鉛直方向と略平行になるようにベース部１０４に吊り下げられたときの値として、予め計測され得る。

上述したように、シャフト部１０６の先端１０６ｃは、自由端であるので、このステップＳ４を実行しているときに、ベース部１０４に吊り下げられているシャフト部１０６の軸方向Ｂが、鉛直方向に対して傾斜する可能性がある。

このようにシャフト部１０６が傾斜した場合、ステップＳ４の終了時に、シャフト部１０６の先端１０６ｃが、被嵌合部品１０２の上面１１２に当接することになる。この状態を、図７に示す。この場合、シャフト部１０６を、対応する穴１１０内に適切に挿入することができない。

そこで、本実施形態においては、シャフト部１０６を、対応する穴１１０内に嵌入し易くするために、以下のステップＳ５を実行する。

ステップＳ５において、制御部１２は、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置の各々を水平方向へ往復動させるのと同時に、ベース部を鉛直下方へ移動させる。ここで、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置とは、ベース部１０４に形成された貫通孔１０８に相当する。

制御部１２は、このステップＳ５において、ベース部１０４を、該ベース部の中心Ｄ（図４）の周りの正転方向Ｉ、および該正転方向とは反対の逆回転方向Ｊへ、予め定められた角度θ_１（例えば、１０°）だけ順次回転させるための往復動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊは、水平方向と平行である。

この往復動指令に従って、ロボット１４は、ベース部１０４を、正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ順次回転させ、これにより、ベース部１０４に形成された全ての貫通孔１０８は、正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ、水平方向へ往復動することになる。

図８は、ロボット１４がベース部１０４を正転方向Ｉへ回転させているときの状態を示す。一方、図９は、ロボット１４がベース部１０４を逆転方向Ｊへ回転させているときの状態を示す。

上記の角度θ_１（すなわち、ベース部１０４を往復動させるときの移動量）は、ベース部１０４に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃが、対応する穴１１０を通過する経路で上面１１２の上を往復動することができる値として、使用者によって予め設定される。

本実施形態においては、上述のステップＳ３において、ベース部１０４の中心Ｄおよび１つの貫通孔１０８の中心の水平面内の座標が、上面１１２の中心Ｆおよび１つの穴１１０の中心の水平面内の座標に一致するように、ベース部１０４が配置されている。

したがって、ベース部１０４を往復動させた場合、１つの貫通孔１０８を上面１１２上に鉛直方向へ投影させた投影領域が、該１つの貫通孔１０８の下方に位置する穴１１０の領域を通過することになる。したがって、貫通孔１０８に挿通された本体部１０６ａの先端１０６ｃを、対応する穴１１０を通過するように、上面１１２の上を往復動させることができる。

上述の往復動指令と同時に、制御部１２は、ロボット１４によってベース部１０４を下方へ予め定められた距離だけ移動させるための下方移動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。この下方移動指令に従って、ロボット１４は、ベース部１０４を往復動させるとともに、予め定められた距離だけ下方へ移動させる。

このようにして、シャフト部１０６の先端１０６ｃを上面１１２の上を往復動させるとともに、ベース部１０４を下方へ移動させることにより、本体部１０６ａの先端１０６ｃを、対応する穴１１０内に嵌入させ易くする。

図１０および図１１に、全ての本体部１０６ａの先端１０６ｃが、対応する穴１１０内に嵌入された状態を示す。本実施形態においては、このステップＳ５を実行することによって、自由端である本体部１０６ａの先端１０６ｃを、対応する穴１１０内に嵌入させ易くする。

ステップＳ６において、制御部１２は、ベース部１０４を、ステップＳ５の終了時の位置から、さらに下方へ移動させる。一例として、制御部１２は、ステップＳ５によって全ての本体部１０６ａが対応する穴１１０内に嵌入された場合にベース部１０４の下面１０４ｂが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接することになる位置まで、ロボット１４によってベース部を下方へ移動させる。

ステップＳ７において、制御部１２は、少なくとも１つのシャフト部１０６が、ベース部１０４に対して上方に変位したか否かを判定する。ここで、仮に、ステップＳ５を実行した結果、図１２に示すように、１つのシャフト部１０６’の本体部１０６ａ’が、対応する穴１１０内に嵌入されず、該本体部１０６ａ’の先端１０６ｃ’が、上面１１２と当接していたとする。

この状態で、ステップＳ６にてベース部１０４を下方へ移動させた場合、本体部１０６ａ’が、自らが挿通されている貫通孔１０８内を相対摺動し、これにより、シャフト部１０６’がベース部１０４に対して上方に変位する。その結果、シャフト部１０６’の鍔部１０６ｂ’が、受けプレート４６の下面４６ｂと当接する。

鍔部１０６ｂ’が受けプレート４６の下面４６ｂと当接したままベース部１０４を下方へ移動させるにつれて、該受けプレート４６は、鍔部１０６ｂ’によって土台プレート４０へ向かって相対的に押されることになる。そうすると、可動受け部３８は、コイルバネ６０の付勢力に抗して、土台プレート４０へ向かって相対的に変位され、シャフト４８、５０、および５２が、土台プレート４０に対して、上方へ向かって相対的に変位する。

本実施形態においては、変位検出部６４は、このようなシャフト４８、５０、または５２の変位を検知することによって、シャフト部１０６’がベース部１０４に対して上方に変位したことを検知する。変位検出部６４は、シャフト４８、５０、または５２の変位を検知すると、変位検知信号を制御部１２へ送信する。

制御部１２は、このステップＳ７において、変位検出部６４から変位検知信号を受信したか否かを判定する。制御部１２は、変位検知信号を受信した（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ９へ進む。一方、制御部１２は、変位検知信号を受信していない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、制御部１２は、使用者、上位コントローラ、またはプログラムから受け付けた作業指令に含まれる全ての嵌合作業を完了したか否かを判定する。制御部１２は、全ての嵌合作業を完了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、図５に示すフローを終了する。

一方、制御部１２は、実行すべき嵌合作業が残存している（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ１に戻る。そして、制御部１２は、次の嵌合部品１００と被嵌合部品１０２との嵌合作業を、実行する。

一方、ステップＳ７においてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ９において、制御部１２は、ベース部１０４を上方へ移動させる。具体的には、制御部１２は、ロボット１４を動作させて、ベース部１０４を、ステップＳ３の終了時の位置まで、上方へ移動させる。

この場合、シャフト部１０６の先端１０６ｃの各々は、再度、被嵌合部品１０２の上面１１２から上方へ離反することになる。そして、制御部１２は、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ７にてＮＯと判定されるまで、ステップＳ４〜Ｓ９をループする。

上述したように、本実施形態においては、制御部１２は、ステップＳ５において、ベース部１０４を往復動させるとともに、該ベース部１０４を下方へ移動させている。

この構成によれば、仮に、ステップＳ４にて一部のシャフト部１０６の先端１０６ｃが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接したとしても、該シャフト部１０６の先端１０６ｃを、対応する穴１１０を通過するように往復動させることができる。したがって、シャフト部１０６の本体部１０６ａを、対応する穴１１０内に嵌入させ易くすることができる。

また、本実施形態においては、制御部１２は、ステップＳ７において、シャフト部１０６（具体的には、シャフト４８、５０、５２）が変位したか否かを判定し、シャフト部１０６の変位が検出された場合に、再度、ステップＳ５を実行する。この構成によれば、シャフト部１０６の本体部１０６ａを、対応する穴１１０内に確実に嵌入させることができる。

また、本実施形態においては、変位検出部６４によって、シャフト４８、５０、または５２の変位を検出している。この構成によれば、一部のシャフト部１０６の本体部１０６ａが、対応する穴１１０内に適切に嵌入されていないことを、簡単な構成で確実に検知できる。

また、本実施形態においては、制御部１２は、ステップＳ１にて、視覚センサ６２から、被嵌合部品１０２の中心Ｆの座標と、１つの穴１１０の座標とを取得し、ステップＳ３にて、取得した座標に基づいて、ベース部１０４を位置決めしている。

この構成によれば、ステップＳ３の終了時点でシャフト部１０６の本体部１０６ａを、対応する穴１１０の上方に位置決めできるので、ステップＳ５にて対応する穴１１０内に嵌入させ易くすることができる。これとともに、ステップＳ５にてベース部１０４を往復動させる移動量（角度θ_１）を小さい値に設定できるので、ステップＳ５を、より迅速に実行できる。

また、このように視覚センサ６２を用いることによって、嵌合部品１００と被嵌合部品１０２との相対位置を正確に位置決めしていない部品についても、嵌合作業を行うことができる。

なお、上述の実施形態においては、嵌合部品１００を被嵌合部品１０２に嵌合させる場合について述べた。しかしながら、他の形状を有する嵌合部品および被嵌合部品を、ロボット１４によって互いに嵌合させることもできる。

図１３に、他の実施形態に係る嵌合部品１２０を示す。なお、本実施形態において、上述の実施形態と同様の要素には、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。嵌合部品１２０は、ベース部１２２と、計８個のシャフト部１０６とを有する。

ベース部１２２は、四角形状の板部材である。具体的には、ベース部１２２は、図１３中のｘ軸方向に延在し、互いに平行となるように対向する辺１２４および１２６と、図１３中のｙ軸方向に延在し、互いに平行となるように対向する辺１２８および１３０と、上面１３２および下面１３４とを有する。

ベース部１２２には、計８個の貫通孔１０８が形成されている。本実施形態においては、３個の貫通孔１０８が、辺１２４に近接して、ｘ軸方向に配列されている。また、３個の貫通孔１０８が、辺１２６に近接して、ｘ軸方向に配列されている。また、３個の貫通孔１０８が、辺１２８と近接して、ｙ軸方向に配列されており、３個の貫通孔１０８が辺１３０と近接して、ｙ軸方向に配列されている。

シャフト部１０６の各々は、貫通孔１０８の各々に、該シャフト部１０６の軸方向Ｂに摺動可能に受容されている。本実施形態に係る嵌合部品１２０を把持するとき、ロボットハンド２２は、指部３２、３４、および３６によって、嵌合部品１２０のベース部１２２を把持する。

嵌合部品１２０は、図１４に示す被嵌合部品１３６に嵌合される。この被嵌合部品１３６は、四角柱状の部材であって、上面１３８と、該上面１３８から下方へ凹むように形成された計８個の穴１１０とを有する。これら穴１１０は、ベース部１２２に形成された貫通孔１０８に対応する位置に、配置されている。

次に、図５を参照して、ロボット１４によって、嵌合部品１２０と被嵌合部品１３６とを嵌合する方法について説明する。なお、本実施形態に係る方法において、上述の実施形態の方法と同様のステップについては、詳細な説明を省略する。

ステップＳ１において、制御部１２は、視覚センサ６２によって被嵌合部品１３６の上面１３８を撮像する。視覚センサ６２は、撮像した画像データから、被嵌合部品１３６に形成された穴１１０の水平面（すなわち、図１４中のｘ−ｙ平面）内の座標を算出する。視覚センサ６２は、算出した座標に係るデータを、制御部１２へ送信する。

ステップＳ３において、制御部１２は、嵌合部品１２０のベース部１２２を、場所Ｇに設置された被嵌合部品１３６の上面１３８の上方に配置させる。具体的には、制御部１２は、ステップＳ１にて取得した座標データに基づいて、ロボット１４によって配置させるべきベース部１２２の位置および姿勢を決定する。

このとき、制御部１２は、嵌合部品１２０が被嵌合部品１３６の上方に位置し、ベース部１２２が水平に配置され、ベース部１２２に形成された貫通孔１０８の中心の水平面内の座標が、それぞれ、ステップＳ１にて取得した穴１１０の中心の水平面内の座標に一致するように、ベース部１２２の位置および姿勢を決定する。

制御部１２は、ロボット１４を動作させて、決定した位置および姿勢にベース部１２２を配置させる。これにより、嵌合部品１２０は、ベース部１２２の貫通孔１０８が、それぞれ、被嵌合部品１３６の穴１１０の上方に位置するように、被嵌合部品１３６の上方に位置決めされる。

ステップＳ５において、制御部１２は、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１２２の位置の各々を水平方向へ往復動させるのと同時に、ベース部１２２を鉛直下方へ移動させる。シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１２２の位置とは、ベース部１２２に形成された貫通孔１０８に相当する。

制御部１２は、このステップＳ５において、ベース部１２２を、図１４中のｘ軸方向およびｙ軸方向へ、予め定められた移動量ξ（例えば、３０ｍｍ）でそれぞれ往復動させるための往復動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。

この往復動指令に従って、ロボット１４は、ベース部１２２をｘ軸方向へ往復動させ、これにより、ベース部１２２に形成された全ての貫通孔１０８は、ｘ軸方向へ往復動することになる。図１４は、ベース部１２２をｘ軸方向へ往復動させているときの状態を示す。

次いで、ロボット１４は、ベース部１２２をｙ軸方向へ往復動させ、これにより、ベース部１２２に形成された全ての貫通孔１０８は、ｙ軸方向へ往復動することになる。図１５は、ベース部１２２をｙ軸方向へ往復動させているときの状態を示す。

上記の移動量ξは、ベース部１２２に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃが、対応する穴１１０を通過する経路で上面１３８の上を往復動することができる値として、使用者によって予め設定される。

上述の往復動指令と同時に、制御部１２は、ロボット１４によってベース部１２２を下方へ予め定められた距離だけ移動させるための下方移動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。この下方移動指令に従って、ロボット１４は、ベース部１２２を往復動させるとともに、予め定められた距離だけ下方へ移動させる。

このステップＳ５を実行することによって、自由端である本体部１０６ａの先端１０６ｃを、対応する穴１１０内に、嵌入させ易くすることができる。

次に、図１６および図１７を参照して、他の実施形態に係るロボットシステム７０について、説明する。ロボットシステム７０は、上述のロボットシステム１０と同様に、図４に示す嵌合部品１００を把持して移動させ、被嵌合部品１０２に嵌合させるためのものである。

ロボットシステム７０は、制御部７２およびロボット７４を備える。制御部７２は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）および記憶部（ともに図示せず）等を有し、ロボット７４の各構成要素を、直接的または間接的に制御する。

本実施形態に係るロボット７４は、上述のロボット１４と以下の点で相違する。すなわち、ロボット７４は、図１７に示すロボットハンド７６および変位検出部７８を有する。ロボットハンド７６は、上述のロボットハンド２２の代わりに、図１に示す手首部２６に連結され得る。

図１７に示すように、ロボットハンド７６は、上述のロボットハンド２２と同様のハンドベース３０、ならびに複数の指部３２、３４、および３６を有する一方、上述のロボットハンド２２に設けられていた可動受け部３８を具備していない。

変位検出部７８は、例えば近接スイッチまたは変位計等を有し、ハンドベース３０の指保持部４４に取り付けられている。本実施形態に係る変位検出部７８は、ロボットハンド７６によって嵌合部品１００を把持したときに、複数のシャフト部１０６の各々（例えば、鍔部１０６ｂ）がベース部１０４に対して上方へ変位したことを検知する。

次に、図１８を参照して、ロボット７４によって嵌合部品１００と被嵌合部品１０２とを嵌合する方法について説明する。なお、図１８に示すフローにおいて、図５に示すフローと同様のステップには同じステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

ステップＳ２の後、ステップＳ１１において、制御部７２は、嵌合部品１００のベース部１０４を、場所Ｇに設置された被嵌合部品１０２の上面１１２の上方に配置させる。具体的には、制御部７２は、ロボットプログラムに従ってロボット７４を動作させ、嵌合部品１００のベース部１０４を、被嵌合部品１０２の上面１１２の上方に配置させる。

このとき、制御部７２は、嵌合部品１００が被嵌合部品１０２の上方に位置し、ベース部１０４が水平に配置され、ベース部１０４の中心Ｄ（図４）が上面１１２の中心Ｆ（図２）に略一致するように、ロボット７４によってベース部１０４を配置する。

ロボットプログラムは、ステップＳ１１でのロボット７４の動作経路を該ロボット７４に教示すること等によって、構築され得る。ロボットプログラムは、制御部７２に内蔵された記憶部に、予め記憶される。

ステップＳ１２において、制御部７２は、ロボットハンド７６によって把持しているベース部１０４を、ステップＳ１１の終了時の位置から下方へ移動させる。具体的には、制御部７２は、距離Ｘ_１が距離Ｘ_２よりも小さくなる（すなわち、Ｘ_１＜Ｘ_２）ように、ロボット７４によってベース部１０４を下方へ移動させる。

上述したように、距離Ｘ_１は、ベース部１０４の下面１０４ｂと、被嵌合部品１０２の上面１１２との間の鉛直方向の距離である。一方、距離Ｘ_２は、ベース部１０４の下面１０４ｂと、該ベース部１０４に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃとの間の鉛直方向の距離である。

本実施形態においては、制御部７２は、距離Ｘ_１が、距離Ｘ_２から予め定められた距離Ｘ_３（例えば１０ｍｍ）だけ除算した距離（すなわち、Ｘ_１＝Ｘ_２−Ｘ_３）となるまで、ロボット７４によってベース部１０４を下方へ移動させる。

したがって、仮に、ステップＳ１２によって少なくとも１つのシャフト部１０６の軸方向Ｂが傾斜して先端１０６ｃが被嵌合部品１０２の上面１１２に当接した場合、該少なくとも１つのシャフト部１０６は、ベース部１０４に対して上方へ変位することになる。

本実施形態においては、変位検出部７８は、シャフト部１０６（鍔部１０６ｂ）の各々の上方への変位を検知するように、配置されている。そして、変位検出部７８は、少なくとも１つのシャフト部１０６がベース部１０４に対して上方へ変位したことを検知したときに、変位検知信号を制御部７２へ送信する。

ステップＳ１３において、制御部７２は、少なくとも１つのシャフト部１０６がベース部１０４に対して上方へ変位しているか否かを判定する。具体的には、制御部７２は、変位検出部７８に指令を送り、シャフト部１０６の上方への変位を検知させる。変位検出部７８は、少なくとも１つのシャフト部１０６の上方への変位を検知した場合、変位検知信号を制御部７２へ送信する。

制御部７２は、変位検出部７８から変位検知信号を受信した場合、少なくとも１つのシャフト部１０６が上方へ変位した（すなわち、ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１４へ進む。一方、制御部７２は、変位検知信号を受信していない場合、全てのシャフト部１０６が上方へ変位していない（すなわち、ＮＯ）と判定し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ１４において、制御部７２は、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置の各々を水平方向へ往復動させる。シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置とは、ベース部１０４に形成された貫通孔１０８に相当する。

制御部７２は、このステップＳ１４において、ベース部１０４を、上述の正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ、予め定められた角度θ_２だけ順次回転させるための往復動指令を、ロボット７４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。

この往復動指令に従って、ロボット７４は、ベース部１０４を、正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ順次回転させ、これにより、ベース部１０４に形成された全ての貫通孔１０８は、正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ、水平方向へ往復動することになる。

上記の角度θ_２（すなわち、ベース部１０４を往復動させるときの移動量）は、ベース部１０４に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃが、対応する穴１１０を通過する経路で上面１１２の上を往復動することができる値として、使用者によって予め設定される。

したがって、ベース部１０４を正転方向Ｉおよび逆回転方向Ｊへ往復動させた場合、１つの貫通孔１０８を上面１１２上に鉛直方向へ投影させた投影領域が、対応する穴１１０の領域を通過することになる。

こうして、貫通孔１０８に挿通された本体部１０６ａの先端１０６ｃを、対応する穴１１０を通過するように、上面１１２の上を往復動させる。制御部７２は、このステップＳ１４を実行した後、ステップＳ１３へ戻る。

上述したように、本実施形態においては、制御部７２は、ステップＳ１３にて少なくとも１つのシャフト部１０６の変位を検知した場合に、ステップＳ１４にてロボット７４によってベース部１０４を往復動させている。

この構成によれば、ステップＳ１２にて一部のシャフト部１０６の先端１０６ｃが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接したとしても、シャフト部１０６の本体部１０６ａを、対応する穴１１０内に、確実に嵌入させることができる。

また、本実施形態によれば、変位検出部７８によって、シャフト部１０６の変位を検出している。この構成によれば、一部のシャフト部１０６の本体部１０６ａが、対応する穴１１０内に適切に嵌入されていないことを、簡単な構成で確実に検知できる。

なお、図５に示すフローにおいて、制御部１２は、ステップＳ９において、ロボット１４を動作させて、ステップＳ４の終了時の位置まで、ベース部１０４を上方へ移動させてもよい。そして、制御部１２は、フローをステップＳ５に戻してもよい。

また、上述の実施形態においては、変位検出部６４が、土台プレート４０に取り付けられる場合について述べた。しかしながら、変位検出部６４は、シャフト部１０６またはシャフト４８、５０、および５２の上方への変位を検知可能であれば、如何なる位置に配置されてもよい。同様に、変位検出部７８も、シャフト４８、５０、および５２の上方への変位を検知可能であれば、如何なる位置に配置されてもよい。

また、上述の嵌合部品１００、１２０の形状に限らず、嵌合部品は、ベース部と、該ベース部に軸方向に可動に吊り下げられた複数のシャフト部とを有するものであれば、如何なる形状であってもよい。例えば、嵌合部品は、網状のベース部と、該網に形成された孔に摺動可能に係止されたシャフト部とを有してもよい。

また、上述の実施形態においては、ステップＳ５、Ｓ１４において、制御部１２、７２は、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置の各々を水平方向へ往復動させる場合について述べた。

しかしながら、これに限らず、制御部１２、７２は、シャフト部１０６が吊り下げられている、ベース部１０４の位置の各々を、水平な一方向へ移動させるだけでもよい。この場合、制御部１２、７２は、ベース部１０４に吊り下げられたシャフト部１０６の先端１０６ｃが、対応する穴１１０を通過するように、ベース部１０４を移動させる。

また、図５に示す動作フローにおいて、ステップＳ４およびＳ６を省略してもよい。一例として、ステップＳ３の後、ステップＳ５において、制御部１２は、ベース部１０４を鉛直下方へ移動させつつ、ベース部１０４を往復動させる。

具体的には、制御部１２は、上記往復動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。この往復動指令と同時に、制御部１２は、ロボット１４によってベース部１０４を下方へ移動させるための下方移動指令を、ロボット１４に内蔵された各サーボモータ２８へ送信する。

そして、制御部１２は、ステップＳ５の後に、ステップＳ７を実行する。ステップＳ７にてＹＥＳと判定した場合、制御部１２は、ロボット１４によるベース部１０４の下方への移動を停止し、ステップＳ９へ進む。

一方、ステップＳ７にてＮＯと判定した場合、制御部１２は、ベース部１０４の下面１０４ｂが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接したか否かを判定する。例えば、制御部１２は、サーボモータ２８のフィードバック値（負荷トルク、フィードバック電流等）が予め定められた閾値を超えたときに、ベース部１０４の下面１０４ｂが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接したと判定する。

制御部１２は、ベース部１０４の下面１０４ｂが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接したと判定した場合、ロボット１４によるベース部１０４の下方への移動を停止し、ステップＳ８へ進む。一方、制御部１２は、ベース部１０４の下面１０４ｂが被嵌合部品１０２の上面１１２と当接していないと判定した場合、ステップＳ７へ戻る。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」、「次いで」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，７０ ロボットシステム
１２，７２ 制御部
１４，７４ ロボット
２２，７６ ロボットハンド
１００，１２０ 嵌合部品
１０２，１３６ 被嵌合部品

Claims (5)

1. 嵌合部品と被嵌合部品とをロボットによって互いに嵌合する方法であって、
   前記嵌合部品は、
   ベース部と、
   前記ベース部に取り付けられた複数のシャフト部であって、前記ベース部に対して前記シャフト部の軸方向に可動であるとともに、所定位置で一方への軸方向移動を係止される、複数のシャフト部と、を有し、
   前記被嵌合部品は、
   上面と、
   該上面から凹むように形成され、前記複数のシャフト部の各々を受容可能に配置された複数の穴と、を有し、
   前記方法は、
   前記複数のシャフト部が前記所定位置で鉛直下方への軸方向移動を係止された状態で前記ベース部の鉛直下側に吊り下げられるように、前記ロボットによって前記ベース部を把持して、前記被嵌合部品の前記上面の鉛直上方に配置することと、
   前記ベース部の下面を、前記被嵌合部品の前記上面に接近させるように、前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させることと、
   前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させたときに、少なくとも１つの前記シャフト部の先端が前記穴に挿入されずに前記被嵌合部品の前記上面と当接した場合に該少なくとも１つのシャフト部の先端が前記穴を通過する経路で前記被嵌合部品の前記上面を摺動するように、前記ロボットによって、前記複数のシャフト部が吊り下げられている前記ベース部の位置の全てを、水平方向と平行な第１の方向と、該第１の方向とは反対の第２の方向とへ往復動させるのと同時に、前記ロボットによって前記ベース部を鉛直下方へ移動させることと、を備える、方法。
2. 嵌合部品と被嵌合部品とをロボットによって互いに嵌合する方法であって、
   前記嵌合部品は、
   ベース部と、
   前記ベース部に取り付けられた複数のシャフト部であって、前記ベース部に対して前記シャフト部の軸方向に可動であるとともに、所定位置で一方への軸方向移動を係止される、複数のシャフト部と、を有し、
   前記被嵌合部品は、
   上面と、
   該上面から凹むように形成され、前記複数のシャフト部の各々を受容可能に配置された複数の穴と、を有し、
   前記方法は、
   前記複数のシャフト部が前記所定位置で鉛直下方への軸方向移動を係止された状態で前記ベース部の鉛直下側に吊り下げられるように、前記ロボットによって前記ベース部を把持して、前記被嵌合部品の前記上面の鉛直上方に配置することと、
   前記ベース部の下面を、前記被嵌合部品の前記上面に接近させるように、前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させることと、
   前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させたときに、少なくとも１つの前記シャフト部の先端が前記穴に挿入されずに前記被嵌合部品の前記上面と当接した場合に該少なくとも１つのシャフト部の先端が前記穴を通過する経路で前記被嵌合部品の前記上面を摺動するように、前記ロボットによって、前記複数のシャフト部が吊り下げられている前記ベース部の位置の各々を水平方向へ移動させることと、
   前記ベース部を鉛直下方へ移動させたときに該シャフト部が該ベース部に対して鉛直上方へ変位したことを検知することと、を備える、方法。
3. 前記シャフト部が前記ベース部に対して鉛直上方へ変位したことを検知したときに、前記複数のシャフト部の前記先端が前記被嵌合部品の前記上面から鉛直上方へ離反するように、前記ベース部を前記ロボットによって鉛直上方へ移動させることと、
   前記ベース部を鉛直上方へ移動させた後に、前記ベース部の下面を、前記被嵌合部品の前記上面に接近させるように、前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させることと、
   前記ベース部を鉛直上方へ移動させた後に前記ベース部を前記ロボットによって鉛直下方へ移動させたときに、少なくとも１つの前記シャフト部の先端が前記穴に挿入されずに前記被嵌合部品の前記上面と当接した場合には、該少なくとも１つのシャフト部の先端が前記穴を通過する経路で前記被嵌合部品の前記上面を摺動するように、前記ロボットによって前記位置の各々を水平方向へ移動させることと、をさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記ベース部は、複数の貫通孔を有し、
   前記シャフト部は、
   前記貫通孔に前記軸方向に摺動可能に挿通される本体部と、
   該本体部から外方へ突出し、前記ベース部の上面と係合して前記シャフト部を前記所定位置で前記ベース部に係止する鍔部と、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記被嵌合部品の前記上面を撮像することと、
   撮像した該上面の画像に基づいて、前記ロボットによって前記ベース部を該上面の鉛直上方に配置するときの該ベース部の位置および姿勢を決定することと、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

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