JP6848903B2 - 部品挿入装置、部品挿入方法、およびプログラム - Google Patents

Description

この発明は部品挿入装置および部品挿入方法に関し、より詳しくは、細長いスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品を挿入する部品挿入装置および部品挿入方法に関する。また、この発明は、そのような部品挿入方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

細長いスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品を挿入する典型的な場合として、例えば特許文献１（特開平１０−２７６５９号公報）に開示されているように、細長いストレート形状の隙間（スロット）を有するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit；フレキシブル配線板）用コネクタに、平板状の形状をもつＦＰＣをスライド挿入する場合がある。

従来より、このようなＦＰＣ用コネクタにＦＰＣをスライド挿入する工程（ＦＰＣ挿入工程）を、例えばロボットを用いて自動的に行う試みがなされている。

特開平１０−２７６５９号公報

しかしながら、ＦＰＣ挿入工程については、次のような理由によって、機械化・自動化が進んでいないのが実情である。
− 第１に、接触探索が困難であることが挙げられる。具体的には、ロボットに力覚センサを設けて、ＦＰＣをＦＰＣ用コネクタのスロットの周りに接触させ、ＦＰＣが受ける接触反力に基づいてスロットの位置を探索しようとしても、接触の仕方によってはＦＰＣ自体が曲がって大きく塑性変形してしまうことがある。このため、接触反力に基づいてスロットの位置を探索することが困難である。なお、ＦＰＣが大きく塑性変形すると、廃棄する必要が生ずる。
− 第２に、タクト時間が長くかかることが挙げられる。具体的には、ＦＰＣの破損（塑性変形を含む。）を回避するためには、コンプライアンス制御によってＦＰＣをゆっくり押し込む必要がある。このとき、押し込み速度を遅く、かつ、噛みつき解消動作（ＦＰＣが挿入口に引っ掛かる現象を、ＦＰＣを細かく振動させて解消する動作）を遅く設定する必要がある。結果として、１枚のＦＰＣを挿入するのに、例えば約１５０秒間程度かかってしまう。

そこで、この発明の課題は、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品であって比較的柔らかいものを、短時間で自動的に挿入できる部品挿入装置および部品挿入方法を提供することにある。また、この発明の課題は、そのような部品挿入方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この開示の部品挿入装置は、
細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品の特定部分を挿入する部品挿入装置であって、
ロボットと、
このロボットの動作を制御する制御部とを備え、
上記ロボットは、
上記特定部分を外部へ突出させた態様で上記ワーク部品を挟持することが可能な一対の爪を有するグリッパと、
上記受け部の上記スロットの周りから上記ワーク部品が受ける接触反力を、上記グリッパを介して検出可能な力覚センサと
を有し、
上記一対の爪は、互いに接近して上記ワーク部品を挟持するとき、上記ワーク部品の少なくとも上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させる特定形状をもち、
上記制御部は、
上記一対の爪を互いに接近させて、上記ワーク部品を、上記スロットの短手方向寸法の範囲内で上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させながら、上記特定部分を外部へ突出させた態様で挟持する処理を行う挟持処理部と、
上記ロボットによって、上記受け部の上記スロットに、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記特定部分を、この特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に沿って、上記力覚センサの出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う挿入処理部と
を備えたことを特徴とする。

本明細書で、ワーク部品の「特定部分」とは、上記スロットまたは孔に挿入される部分に相当する。したがって、その「特定部分」が上記スロットまたは孔に嵌合する平板状の形状をもてば足りる。「特定部分」とは、端部に限られず、他の部分を指していてもよい。

また、ワーク部品の特定部分としては、実際上、平板状の形状のままでは、力覚センサによって接触反力を測定することが困難な、比較的柔らかいものが対象となる。その理由は、仮にワーク部品が平板状の形状のままであっても力覚センサによって接触反力を測定できるようなものであれば、上記ワーク部品の特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させる必要が無く、上記受け部の上記スロットに上記ワーク部品の特定部分を平板状の形状のままコンプライアンス制御によって挿入すればよいからである。

また、上記スロットの「短手方向寸法」は、上記ワーク部品の厚さ寸法に対して、予め定められたクリアランス寸法だけ広く設定されている。

また、上記特定部分がなす「先端面」とは、上記特定部分の先端に相当する面を指す。この先端面は、上記ワーク部品が平板状の形状（本来の形状）にある場合も、上記特定部分が厚さ方向に湾曲または屈曲された場合も、実質的に或る平面をなしていると考えられる。

この開示の部品挿入装置では、上記ロボットのグリッパが有する一対の爪は、互いに接近して上記ワーク部品を挟持するとき、上記ワーク部品の少なくとも上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させる特定形状をもっている。上記制御部の挟持処理部は、上記一対の爪を互いに接近させて、上記ワーク部品を、上記スロットの短手方向寸法の範囲内で上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させながら、上記特定部分を外部（グリッパの爪の外部）へ突出させた態様で挟持する処理を行う。これにより、上記特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に関して、上記ワーク部品の強度（実質的な硬さ）が増す。次に、挿入処理部は、上記ロボットによって、上記受け部の上記スロットに、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記特定部分を、この特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に沿って、上記力覚センサの出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う。このとき、コンプライアンス制御ではあるけれども、上記ワーク部品の上記特定部分の強度が増しているので、比較的短時間（例えば、約２０秒間〜３０秒間程度）で挿入を完了できる。また、上記ワーク部品の上記特定部分の強度が増しているので、上記ワーク部品が大きく塑性変形するのを防止できる。したがって、この部品挿入装置によれば、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状（本来の形状）をもつワーク部品であって比較的柔らかいものを、短時間で自動的に挿入できる。

一実施形態の部品挿入装置では、
上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記厚さ方向に湾曲または屈曲した上記先端面を撮像する撮像部を備え、
上記制御部は、上記撮像部によって得られた上記先端面の画像に基づいて、上記ワーク部品の上記先端面における実効的厚さ寸法を求める寸法取得部を有し、
上記挟持処理部は、上記先端面における上記実効的厚さ寸法に基づいて、この実効的厚さ寸法が上記スロットの短手方向寸法未満になるように、上記一対の爪の間の距離を可変して設定することを特徴とする。

本明細書で、上記先端面における「実効的厚さ寸法」とは、厚さ方向に関して、上記先端面における一方の輪郭線に対する外接線と、他方の輪郭線に対する外接線とが作る距離を意味している。

この一実施形態の部品挿入装置では、撮像部は、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記厚さ方向に湾曲または屈曲した上記先端面を撮像する。上記制御部の寸法取得部は、上記ワーク部品の上記先端面における実効的厚さ寸法を求める。上記挟持処理部は、上記先端面における上記実効的厚さ寸法に基づいて、この実効的厚さ寸法が上記スロットの短手方向寸法未満になるように、上記一対の爪の間の距離を可変して設定する。これにより、上記ワーク部品の上記先端面（したがって、上記端部）が上記スロットに挿入され得る寸法になる。

別の局面では、この開示の部品挿入方法は、
上記部品挿入装置によって、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品の特定部分を挿入する部品挿入方法であって、
上記一対の爪を互いに接近させて、上記ワーク部品を、上記スロットの短手方向寸法の範囲内で上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させながら、上記特定部分を外部へ突出させた態様で挟持する処理を行った後、
上記ロボットによって、上記受け部の上記スロットに、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記特定部分を、この特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に沿って、上記力覚センサの出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う
ことを特徴とする。

この開示の部品挿入方法によれば、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状（本来の形状）をもつワーク部品であって比較的柔らかいものを、短時間で自動的に挿入できる。

さらに別の局面では、この開示のプログラムは、上記部品挿入方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記部品挿入方法を実施することができる。

以上より明らかなように、この開示の部品挿入装置および部品挿入方法によれば、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品であって比較的柔らかいものを、短時間で自動的に挿入することができる。また、この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記部品挿入方法を実施することができる。

図１（Ａ）は、この発明の一実施形態の部品挿入装置の外観を模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）は、上記部品挿入装置を構成するロボットのグリッパ近傍部分を側方から見たところを示す図である。図１（Ｃ）は、細長いストレート形状のスロットを有するＦＰＣ用コネクタと、そのスロットに嵌合する平板状の形状（本来の形状）をもつＦＰＣとを示す図である。 図２（Ａ−１）は上記グリッパが有する一対の爪を示す図であり、図２（Ａ−２）はその一対の爪によって円弧状に湾曲されたＦＰＣを示す図であり、また、図２（Ａ−３）はその湾曲されたＦＰＣをスロットに挿入する態様を模式的に示す図である。図２（Ｂ−１）は上記グリッパが有する一対の爪の変形例を示す図であり、図２（Ｂ−２）はその一対の爪によって波状に湾曲されたＦＰＣを示す図であり、また、図２（Ｂ−３）はその湾曲されたＦＰＣをスロットに挿入する態様を模式的に示す図である。図２（Ｃ−１）は上記グリッパが有する一対の爪の別の変形例を示す図であり、図２（Ｃ−２）はその一対の爪によって屈曲されたＦＰＣを示す図であり、また、図２（Ｃ−３）はその屈曲されたＦＰＣをスロットに挿入する態様を模式的に示す図である。 図３（Ａ−１）、図３（Ａ−２）、図３（Ａ−３）は、図２（Ａ−１）に示した一対の爪の間の間隔Ｄを可変して設定するときの態様を示す図である。図３（Ｂ−１）、図３（Ｂ−２）、図３（Ｂ−３）は、上記一対の爪の間の間隔Ｄに応じて、上記湾曲されたＦＰＣの先端面における実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆが変化する態様を示す図である。 上記一対の爪の間の間隔Ｄと、上記湾曲されたＦＰＣの先端面における実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆとの関係をグラフで示す図である。 上記部品挿入装置の制御系のブロック構成を示す図である。 上記部品挿入装置によって、ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を自動的に挿入する処理のフローを示す図である。 ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を自動的に挿入する工程の一部を模式的に示す図である。 ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を自動的に挿入する工程の一部を模式的に示す図である。 ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を自動的に挿入する工程の一部を模式的に示す図である。 ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を自動的に挿入する工程の一部を模式的に示す図である。 図８（Ａ）〜図８（Ｆ）は、ＦＰＣ用コネクタのスロットにＦＰＣの端部を力覚センサの出力に基づくコンプライアンス制御によって挿入する具体的な手順を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（Ａ）は、この発明の一実施形態の部品挿入装置１の外観を模式的に示している。この部品挿入装置１は、この例では組立台８００の近傍に配置されたロボット１００と、このロボット１００の動作を制御するコントローラ１０と、撮像部としてのカメラ２０とを備えている。

この例では、組立台８００は、ロボット１００の可動範囲内に設置されている。この組立台８００上に、仕掛品６００として、受け部としてのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit；フレキシブル配線板）用コネクタ６０２を有する回路基板６０１を搭載したものが載置されている（仕掛品６００は、図示しない要素によって組立台８００上に固定されていてもよい。）。カメラ２０は、アーム付きスタンド８０１によって、ＦＰＣ用コネクタ６０２の上方に、視野をロボット１００へ向けた姿勢で保持されている。図１（Ｃ）に示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２は、細長いストレート形状のスロット６０２ｓを有している。部品挿入装置１は、このようなＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓに、ワーク部品としての矩形の平板状の形状をもつＦＰＣ９０の特定部分としての端部９０ｅを、自動的に挿入するための装置である。スロット６０２ｓの開口の長手方向寸法ＳＬ１、短手方向寸法ＳＬ２は、それぞれＦＰＣ９０の端部９０ｅの長手方向寸法ＦＰ１（この例では、３ｃｍ）、短手方向寸法ＦＰ２（この例では、０．２０ｍｍ）よりも一定のクリアランス寸法だけ大きく、この例ではＳＬ１＝３．２ｃｍ、ＳＬ２＝２ｍｍに設定されている。スロット６０２ｓの深さ（つまり、ＦＰＣ９０の挿入深さ）は、この例では５ｍｍに設定されている。なお、スロット６０２ｓの短手方向寸法ＳＬ２は、スロット６０２ｓ内で深さが深くなるにつれて次第に小さく（狭く）なっていてもよい。

ロボット１００は、この例ではグリッパ１０１を有する６軸（６制御軸）多関節ロボットからなっている。このロボット１００は、並進の自由度を表す３軸であるｘ（ｘ軸の位置）、ｙ（ｙ軸の位置）およびｚ（ｚ軸の位置）と、回転の自由度を表す３軸であるｙａｗ（ヨー角）、ｐｉｔｃｈ（ピッチ角）およびｒｏｌｌ（ロール角）とを有している。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるグリッパ１０１近傍部分（２点鎖線Ｂで囲まれた部分）を示している。この図１（Ｂ）に示すように、グリッパ１０１は、この例ではＦＰＣ９０を挟持することが可能な一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂを有している。一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂは、グリッパ１０１の先端面１０１ｂから外部へ細長く突出している。なお、図１（Ｂ）において爪１０２Ｂは、爪１０２Ａの奥側に隠れて配置されている。この例では、グリッパ１０１は、サーボ制御により、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂを互いに接近する向き又はその逆に互いに互いに離間する向きにスライドさせて、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの間の間隔を調整することができる（また、挟持力も調整することができる。）。グリッパ１０１の爪１０２Ａ，１０２ＢがＦＰＣ９０をその中央部９０ｃで把持すると、ＦＰＣ９０の端部９０ｅは外部へ突出した態様になる。

この例では、矩形の平板状のＦＰＣ９０の寸法は、全長７ｃｍ、幅３ｃｍ（＝ＦＰ１）、厚さ０．２０ｍｍ（＝ＦＰ２）として設定されている。グリッパ１０１の爪１０２Ａ，１０２ＢによってＦＰＣ９０の中央部９０ｃが把持された状態では、ＦＰＣ９０の端部９０ｅは、グリッパ１０１の爪１０２Ａ，１０２Ｂの外部（この例では、側方）へ約３ｃｍ程度突出した態様になるとともに、後述するように厚さ方向に湾曲（または屈曲）する。

ＦＰＣ９０は、公知のものであり、ポリイミド等の比較的柔らかい基材の上に、接着層（例えばエポキシ系熱硬化型接着剤）を介して導体箔（銅箔など）を設けて構成されている。

また、ロボット１００のグリッパ１０１近傍の部位には、力覚センサ１０３が搭載されている。この力覚センサ１０３は、後述の処理（図６のステップＳ４）の際に、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓの周りからＦＰＣ９０が受ける接触反力を、グリッパ１０１を介して検出することができる。

図２（Ａ−１）は上記グリッパ１０１が有する一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂを斜めから見たところ示している。この例では、一方の爪１０２Ａは、四角柱状の主部１０２ｍと、この主部１０２ｍから他方の爪１０２Ｂへ向かって半円柱状（この例では、半径２．０ｃｍ）に突起した特定形状としての凸部１０２ｐとを有している。凸部１０２ｐは、この主部１０２ｍの長手方向中央部に配置され、主部１０２ｍの長手方向に交差する向きに延在している。他方の爪１０２Ｂは、一方の爪１０２Ａの主部１０２ｍに対して平行に延在する四角柱状の主部１０２ｎと、この主部１０２ｎのうち一方の爪１０２Ａの凸部１０２ｐに対応する部位に形成され、凸部１０２ｐを受け得るように半円筒状に窪んだ特定形状としての凹部１０２ｑとを有している。一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの間にＦＰＣ９０が配され、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの主部１０２ｍ，１０２ｎ間の間隔Ｄが矢印Ｅ１，Ｅ２で示すように互いに接近されると、凸部１０２ｐと凹部１０２ｑとの間にＦＰＣ９０の中央部９０ｃが挟まれて、図２（Ａ−２）に示すように、ＦＰＣ９０は端部９０ｅを含めて厚さ方向Ｅに円弧状に湾曲する。これにより、端部９０ｅをなす先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆが大きくなる。ここで、実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆとは、厚さ方向Ｅに関して、先端面９０ｐにおける一方の輪郭線（この例では図２（Ａ−２）における右側の輪郭線）９０ｐ１に対する外接線ｃｕ１と、他方の輪郭線（この例では図２（Ａ−２）における左側の輪郭線）９０ｐ２に対する外接線ｃｕ２とが作る距離を意味している。この例では、図２（Ａ−３）に示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓに、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂによって挟持されたＦＰＣ９０の端部９０ｅを、この端部９０ｅがなす先端面９０ｐに垂直な挿入方向Ｐ４に沿って挿入することを予定している（詳しくは、後述する。）。

図３（Ａ−１）、図３（Ａ−２）、図３（Ａ−３）は、図２（Ａ−１）に示した一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの主部１０２ｍ，１０２ｎ間の間隔Ｄを、この例では２．０ｃｍ、１．０ｃｍ、０．０ｃｍというように順次可変して設定したときの態様を示している。図３（Ｂ−１）、図３（Ｂ−２）、図３（Ｂ−３）に示すように、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの主部１０２ｍ，１０２ｎ間の間隔Ｄに応じて、湾曲されたＦＰＣ９０の先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆは、この例では、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍというように順次変化している。一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの主部１０２ｍ，１０２ｎ間の間隔Ｄ（単位ｃｍ）と湾曲されたＦＰＣ９０の先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆ（単位ｍｍ）との間の関係は、図４に示すように、２次曲線Ｃで近似され得る。この２次曲線Ｃは、本発明者らによる実験によって求められたもので、この例では、
ＦＰ２ｅｆｆ ＝ ０．１２５Ｄ^２ − ０．６２５Ｄ ＋ １ …（Ｅｑ．１）
として求められている。このように、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの主部１０２ｍ，１０２ｎ間の間隔Ｄを可変して設定することによって、ＦＰＣ９０の先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆを調節することができる。

図５に示すように、コントローラ１０は、この例では、入力部１１、記憶部１２、および、ロボット制御部３０を備えている。

入力部１１は、この例ではティーチングペンダントからなっている。この例では、入力部１１は、特に、ユーザが処理開始命令を入力するために用いられる。

記憶部１２は、この例では不揮発性半導体メモリからなっている。この例では、記憶部１２は、特に、後述の処理（図６のステップＳ２）の際に、カメラ２０によって撮像された画像を記憶する。

ロボット制御部３０は、この例では、記憶部１２に格納されたロボット制御プログラムに従って動作するプロセッサによって構成されている。このロボット制御部３０は、６軸のロボット１００を、その軸数と同数の６要素からなる制御情報ＣＶを用いて制御する。制御情報ＣＶは、並進の自由度を表す３要素であるｘ（ｘ軸の位置）、ｙ（ｙ軸の位置）およびｚ（ｚ軸の位置）と、回転の自由度を表す３要素であるｙａｗ（ヨー角の値）、ｐｉｔｃｈ（ピッチ角の値）およびｒｏｌｌ（ロール角の値）とを含む。通常の位置制御では、制御情報ＣＶの各要素は、それぞれ一定周期で逐次値が更新され、それによって、それぞれロボット１００の各軸が駆動される。

また、この例では、ロボット制御部３０は、ロボット１００について、力覚センサ１０３の出力信号ＦＳを受けて、コンプライアンス制御（ロボット先端の位置と姿勢、およびロボット先端にかかる力を用いて、ロボットにやわらかい動きをさせる制御）を行うことができる。コンプライアンス制御では、例えば、力覚センサ１０３において検出された挿入方向（例えば−ｙ方向）に交差（直交）する方向（ｘ方向及びｚ方向）の力成分が小さくなるようにロボット１００の動作がフィードバック制御される。

コントローラ１０とロボット１００との間の、制御情報ＣＶ、力覚センサ１０３の出力信号ＦＳの送受信は、図１（Ａ）中に示したケーブル１０Ｃを介して行われる。

また、この例では、ロボット制御部３０は、無線通信によって又は図示しないケーブルを介して、カメラ２０が撮像した画像を表す信号ＭＳを受信する。

カメラ２０は、後述の処理（図６のステップＳ２）の際に、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂによって挟持されたＦＰＣ９０の厚さ方向Ｅに湾曲または屈曲した先端面９０ｐを撮像し、得られた画像を表す信号ＭＳをロボット制御部３０へ出力する。

図６は、上述の部品挿入装置１が行う一実施形態の部品挿入方法の動作フローを示している。次に、図７Ａ〜図７Ｄ（図１（Ａ）における＋ｘ方向から見たところ）を併せて参照しながら、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓにＦＰＣ９０の端部９０ｅを自動的に挿入する処理について説明する。

図７Ａに示すように、予め、組立台８００上に、ＦＰＣ用コネクタ６０２を含む仕掛品６００を載置しておくものとする。カメラ２０は、アーム付きスタンド８０１によって、ＦＰＣ用コネクタ６０２の上方に、視野を＋ｙ方向のロボット１００へ向けた姿勢で保持されている。このとき、この例では、ロボット１００のグリッパ１０１は、組立台８００から離れた位置に存在している。

ユーザが入力部１１によって処理開始命令を入力すると、まず、図６のステップＳ１に示すように、コントローラ１０のロボット制御部３０は挟持処理部として働いて、ロボット１００のグリッパ１０１の一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂを互いに接近させて、図２（Ａ−２）に示したように、ＦＰＣ９０を、端部９０ｅを含めて厚さ方向Ｅに湾曲（この例では、円弧状に湾曲）させながら、図７Ａに示すように、端部９０ｅを外部へ突出させた態様で挟持する。これにより、端部９０ｅがなす先端面９０ｐに垂直な挿入方向（この例では、−ｙ方向）に関して、ＦＰＣ９０の強度（実質的な硬さ）が増す。この図７Ａの状態では、ＦＰＣ９０の端部９０ｅは、ロボット１００を基準として−ｙ方向を向いている。

次に、ロボット制御部３０は、図７Ｂ中に矢印Ｐ１，Ｐ２で示すようにロボット１００を動かして、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂによって挟持されたＦＰＣ９０を、端部９０ｅ（つまり、先端面９０ｐ）が−ｙ方向に向いた姿勢のまま、カメラ２０へ接近させる。この状態で、図６のステップＳ２に示すように、カメラ２０は、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂによって挟持されたＦＰＣ９０の厚さ方向Ｅに湾曲した先端面９０ｐ（図２（Ａ−２）参照）を撮像し、得られた画像を表す信号ＭＳをロボット制御部３０へ出力する。ロボット制御部３０は、カメラ２０によって撮像された画像（ＦＰＣ９０の厚さ方向Ｅに湾曲または屈曲した先端面９０ｐを表す画像）を記憶部１２に一旦記憶させる。

次に、図６のステップＳ３に示すように、ロボット制御部３０は寸法取得部として働いて、カメラ２０によって得られた先端面９０ｐの画像に基づいて、ＦＰＣ９０の先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆを求める。具体的には、例えば図２（Ａ−２）中に示すように、ＦＰＣ９０の先端面９０ｐの画像上で、厚さ方向Ｅに関して、一方の輪郭線９０ｐ１に対する外接線ｃｕ１と、他方の輪郭線９０ｐ２に対する外接線ｃｕ２とを設定し、それらの外接線ｃｕ１，ｃｕ２間の距離を求める。続いて、ロボット制御部３０は挟持処理部として働いて、先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆに基づいて、この実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆがスロット６０２ｓの短手方向寸法ＳＬ２未満になるように、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの間の距離Ｄを可変して設定する。これにより、ＦＰＣ９０の先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆが、図２（Ａ−３）中に示すスロット６０２ｓの短手方向寸法ＳＬ２の範囲内になって、ＦＰＣ９０の先端面９０ｐ（したがって、端部９０ｅ）がスロット６０２ｓに挿入され得る寸法になる。

次に、図６のステップＳ４に示すように、ロボット制御部３０は挿入処理部として働いて、ロボット１００によって、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓに、一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂによって挟持されたＦＰＣ９０の端部９０ｅを、この端部９０ｅがなす先端面９０ｐに垂直な挿入方向（この例では、−ｙ方向）に沿って、力覚センサ１０３の出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う。これにより、図７Ｃ中に矢印Ｐ３，Ｐ４で示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓにＦＰＣ９０の端部９０ｅが挿入される（なお、この例では、矢印Ｐ４は−ｙ方向に向いている。）。このとき、コンプライアンス制御ではあるけれども、ＦＰＣ９０の端部９０ｅの強度が増しているので、比較的短時間（例えば、約２０秒間〜３０秒間程度）で挿入を完了できる。また、ＦＰＣ９０の端部９０ｅの強度が増しているので、ＦＰＣ９０が大きく塑性変形するのを防止できる。

ここで、コンプライアンス制御によって挿入する処理は、具体的には、図８（Ａ）の状態から開始して、次のような手順で行われる。まず、図８（Ｂ）中に矢印Ｑ１で示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓの周り（開口近傍）にＦＰＣ９０の端部９０ｅ（先端面９０ｐ）を突き当てる（突き当て動作）。次に、図８（Ｃ）中に矢印Ｑ２で示すように、ＦＰＣ９０の端部９０ｅによってスロット６０２ｓの開口の位置を探る（探り動作）。スロット６０２ｓの開口の位置が見つかったら、図８（Ｄ）中に矢印Ｑ３で示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓの入口近傍にＦＰＣ９０の端部９０ｅを押し込む（押し込み動作）。押し込み中に、図８（Ｅ）中に記号Ｑ４で示すように、ＦＰＣ９０の端部９０ｅを細かく振動させて噛みつき（スロット６０２ｓの入口に引っ掛かる現象）を解消する（噛みつき解消動作）。このようにして、図８（Ｆ）に示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓにＦＰＣ９０の端部９０ｅを挿入する。スロット６０２ｓに挿入されたＦＰＣ９０の端部９０ｅの形状は、スロット６０２ｓのストレート形状に沿って、本来の平板状の形状に戻る。

この後、ロボット１００のグリッパ１０１の一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂは開かれて、ＦＰＣ９０を離す。そして、図７Ｄ中に矢印Ｐ５で示すように、ロボット１００は、組立台８００から離れる向き（＋ｙ方向）に後退する。

このように、この部品挿入装置１によれば、細長いストレート形状のスロット６０２ｓを有するＦＰＣ用コネクタ６０２に、スロット６０２ｓに嵌合する平板状の形状（本来の形状）をもつＦＰＣ９０であって比較的柔らかいものを、自動的に挿入できる。

なお、グリッパ１０１は、挟持しているＦＰＣ９０が一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂに対して位置ずれするのを防止するストッパ（図示せず）を有している。したがって、図６のステップＳ３で仮に一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの間の距離Ｄが比較的広く設定されたとしても、スロット６０２ｓにＦＰＣ９０の端部９０ｅを挿入する処理（図６のステップＳ４）の際に、ＦＰＣ９０が一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂに対して位置ずれすることはない。

（変形例）
上述の例では、ロボット１００のグリッパ１０１の一対の爪１０２Ａ，１０２ＢによってＦＰＣ９０の中央部９０ｃを挟持する処理（図６のステップＳ１）の際に、ＦＰＣ９０を、端部９０ｅを含めて厚さ方向Ｅに円弧状に湾曲させるものとした。しかしながら、これに限られるものではない。例えば、図２（Ｂ−１）はグリッパ１０１が有する一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの変形例（符号１０２Ａ′，１０２Ｂ′で示す。）を示している。この例では、一方の爪１０２Ａ′は、四角柱状の主部１０２ｍ′と、この主部１０２ｍ′から側方（図２（Ｂ−１）では手前側）へ向かって円柱状（この例では、半径１．４ｃｍ）に突起した特定形状としての横棒部１０２ｒとを有している。横棒部１０２ｒは、この主部１０２ｍ′の長手方向中央部に配置され、主部１０２ｍ′の長手方向に交差する向きに延在している。他方の爪１０２Ｂ′は、一方の爪１０２Ａ′の主部１０２ｍ′に対して平行に延在する四角柱状の主部１０２ｎ′と、この主部１０２ｎ′から側方（図２（Ｂ−１）では手前側）へ向かって円柱状（この例では、半径１．４ｃｍ）に突起した特定形状としての横棒部１０２ｓ１，１０２ｓ２とを有している。横棒部１０２ｓ１，１０２ｓ２は、主部１０２ｎ′のうち、高さ方向に関して一方の爪１０２Ａ′の横棒部１０２ｒの最上部、最下部に対応する部位に形成され、横棒部１０２ｒに対してそれぞれ平行に延在している。一対の爪１０２Ａ′，１０２Ｂ′の間にＦＰＣ９０が配され、一対の爪１０２Ａ′，１０２Ｂ′の主部１０２ｍ′，１０２ｎ′間の間隔Ｄが矢印Ｅ１，Ｅ２で示すように互いに接近されると、主部１０２ｍ′，１０２ｎ′間にＦＰＣ９０の中央部９０ｃが挟まれるとともに、横棒部１０２ｒと横棒部１０２ｓ１，１０２ｓ２との間にＦＰＣ９０の端部９０ｅが挟まれて、図２（Ｂ−２）に示すように、ＦＰＣ９０の端部９０ｅは厚さ方向Ｅに波状に湾曲する。これにより、端部９０ｅをなす先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆが大きくなる。したがって、図２（Ｂ−３）に示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓに、一対の爪１０２Ａ′，１０２Ｂ′によって挟持されたＦＰＣ９０の端部９０ｅを、この端部９０ｅがなす先端面９０ｐに垂直な挿入方向Ｐ４に沿って挿入すると、既述の例と同様に、比較的短時間で挿入を完了できる。また、ＦＰＣ９０の端部９０ｅの強度が増しているので、ＦＰＣ９０が大きく塑性変形するのを防止できる。

また、図２（Ｃ−１）はグリッパ１０１が有する一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂの別の変形例（符号１０２Ａ″，１０２Ｂ″で示す。）を示している。この例では、一方の爪１０２Ａ″は、矩形の平板状の主部１０２ｍ″を有している。図２（Ｃ−１）において、この主部１０２ｍ″の特定形状としての下端１０２ｔは、他方の爪１０２Ｂの下端１０２ｕよりも上方に位置している。他方の爪１０２Ｂ″は、一方の爪１０２Ａ″の主部１０２ｍ″に対して平行に延在する四角柱状の主部１０２ｎ″と、この主部１０２ｎ″の下端１０２ｕに形成され、一方の爪１０２Ａ″の下端１０２ｔよりも下方で、一方の爪１０２Ａ″の側（図２（Ｃ−１）における右側）へ向かって突起した特定形状としての突起部１０２ｖとを有している。一対の爪１０２Ａ″，１０２Ｂ″の間にＦＰＣ９０が配され、一対の爪１０２Ａ″，１０２Ｂ″の主部１０２ｍ″，１０２ｎ″間の間隔Ｄが矢印Ｅ１，Ｅ２で示すように互いに接近されると、主部１０２ｍ″，１０２ｎ″間にＦＰＣ９０が挟まれて、図２（Ｃ−２）に示すように、ＦＰＣ９０は端部９０ｅのコーナー部９０ｅ１を含めて厚さ方向Ｅに屈曲する。これにより、端部９０ｅをなす先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆが大きくなる。したがって、図２（Ｃ−３）に示すように、ＦＰＣ用コネクタ６０２のスロット６０２ｓに、一対の爪１０２Ａ″，１０２Ｂ″によって挟持されたＦＰＣ９０の端部９０ｅを、この端部９０ｅがなす先端面９０ｐに垂直な挿入方向Ｐ４に沿って挿入すると、既述の例と同様に、比較的短時間で挿入を完了できる。また、ＦＰＣ９０の端部９０ｅの強度が増しているので、ＦＰＣ９０が大きく塑性変形するのを防止できる。

このように、グリッパ１０１の一対の爪１０２Ａ，１０２Ｂが有する特定形状は、スロット６０２ｓの短手方向寸法ＳＬ２の範囲内でＦＰＣ９０の端部９０ｅがなす先端面９０ｐにおける実効的厚さ寸法ＦＰ２ｅｆｆを大きくできれば良く、様々な形状をとり得る。

上述の例では、スロットまたは孔を有する受け部（仕掛品６００に含まれたＦＰＣ用コネクタ６０２）が組立台８００上に載置されているものとしたが、これに限られるものではない。スロットまたは孔を有する受け部は、例えばベルトコンベアによってロボット１００の可動範囲内に搬送されて来て、上述の処理（図６のステップＳ１〜Ｓ４）の間、ロボット１００に対する配置が維持されるようになっていてもよい。

また、細長いストレート形状のスロットまたは孔を有する受け部と、上記スロットまたは孔に嵌合する平板状の形状をもつワーク部品との組み合わせとしては、既述のＦＰＣ用コネクタ６０２とＦＰＣ９０との組み合わせ例に限られず、様々なものが対象となり得る。

上記コントローラ１０のロボット制御部３０は、プログラムに従って動作するプロセッサによって構成されている。また、記憶部１２は、不揮発性半導体メモリなどの記憶装置によって構成されている。つまり、これらのロボット制御部３０と記憶部１２は、実質的にコンピュータ装置（例えば、プログラマブルロジックコントローラ（programmable logic controller；PLC）など）によって構成され得る。したがって、図６によって説明した部品挿入方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムとして構成されるのが望ましい。また、そのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な非一時的（non-transitory）な記録媒体に記録されるのが望ましい。その場合、記録媒体に記録されたそれらのプログラムをコンピュータ装置に読み取らせ、実行させることによって、上述の部品挿入方法を実施することができる。

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。

１ 部品挿入装置
１０ コントローラ
２０ カメラ
９０ ＦＰＣ
１００ ロボット
１０１ グリッパ
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ａ′，１０２Ｂ′，１０２Ａ″，１０２Ｂ″ 爪
１０３ 力覚センサ
６０２ ＦＰＣ用コネクタ
６０２ｓ スロット

Claims (4)

1. 細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品の特定部分を挿入する部品挿入装置であって、
   ロボットと、
   このロボットの動作を制御する制御部とを備え、
   上記ロボットは、
   上記特定部分を外部へ突出させた態様で上記ワーク部品を挟持することが可能な一対の爪を有するグリッパと、
   上記受け部の上記スロットの周りから上記ワーク部品が受ける接触反力を、上記グリッパを介して検出可能な力覚センサと
   を有し、
   上記一対の爪は、互いに接近して上記ワーク部品を挟持するとき、上記ワーク部品の少なくとも上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させる特定形状をもち、
   上記制御部は、
   上記一対の爪を互いに接近させて、上記ワーク部品を、上記スロットの短手方向寸法の範囲内で上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させながら、上記特定部分を外部へ突出させた態様で挟持する処理を行う挟持処理部と、
   上記ロボットによって、上記受け部の上記スロットに、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記特定部分を、この特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に沿って、上記力覚センサの出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う挿入処理部と
   を備えたことを特徴とする部品挿入装置。
2. 請求項１に記載の部品挿入装置において、
   上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記厚さ方向に湾曲または屈曲した上記先端面を撮像する撮像部を備え、
   上記制御部は、上記撮像部によって得られた上記先端面の画像に基づいて、上記ワーク部品の上記先端面における実効的厚さ寸法を求める寸法取得部を有し、
   上記挟持処理部は、上記先端面における上記実効的厚さ寸法に基づいて、この実効的厚さ寸法が上記スロットの短手方向寸法未満になるように、上記一対の爪の間の距離を可変して設定することを特徴とする部品挿入装置。
3. 請求項１に記載の部品挿入装置によって、細長いストレート形状のスロットを有する受け部に、上記スロットに嵌合する平板状の形状をもつワーク部品の特定部分を挿入する部品挿入方法であって、
   上記一対の爪を互いに接近させて、上記ワーク部品を、上記スロットの短手方向寸法の範囲内で上記特定部分を厚さ方向に湾曲または屈曲させながら、上記特定部分を外部へ突出させた態様で挟持する処理を行った後、
   上記ロボットによって、上記受け部の上記スロットに、上記一対の爪によって挟持された上記ワーク部品の上記特定部分を、この特定部分がなす先端面に垂直な挿入方向に沿って、上記力覚センサの出力に基づいてコンプライアンス制御によって挿入する処理を行う
   ことを特徴とする部品挿入方法。
4. 請求項３に記載の部品挿入方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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