JP7574151B2 - 方法、装置、制御装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、方法、装置、制御装置及びコンピュータプログラムに関する。

ロボットアームを用いて、板や棒などの部材を金型などの対象物に組み付ける方法が知られている。しかしながらロボットアーム（特に多関節ロボットアーム）は位置決め制御の為微小に振動していたり、減速機等の駆動伝達系の伝達精度により、性能の良いロボットアームでも、その位置精度は±３０μｍ以上である。一方ですき間ばめですらＪＩＳ規格において５０μｍ以下の寸法差を要する場合がある。このためロボットアームを用いて部材を対象物に嵌合することは容易でない。

加えて環境によっては部材及び対象物が熱膨張するため、一層部材を対象物に組み付けることが難しくなる。組み付けに失敗すると高価な金型等の対象物が損傷してしまうおそれもある。

特許文献１には、部品の組み付け作業を簡単に行うことができる多関節ロボットアームが記載されている。この文献には、ばね部材を利用した嵌合方法が記載されている。

特許文献２には、ロボットハンドに設けられた押圧軸でブリッジの中央部を押すことによりブリッジの周辺部をフレームから取り外すことができる多関節ロボットアームが記載されている。

特許文献３には、スムーズに部材を対象物に挿入することができる多関節ロボットアームが記載されている。この文献には、対象物を振動させることによりスムーズに部材を嵌合させる嵌合方法が記載されている。

特開２０１７－１００１９６号公報 特開２０１３－２０８６７２号公報 特開２００７－２７６０８６号公報

しかしながら、特許文献１記載の嵌合方法は、ばねを対象物に挿入する作業を必須とするものであるから汎用性に欠ける。特許文献２記載の方法は、強い力でブリッジの中央部を押すためブリッジの寸法が広がってしまうおそれがある。又、強い力で中央部を押すことが許容される対象物にしか適用できない。特許文献３記載の嵌合方法は、ロボットアームで把持して振動させることができるような対象物にしか適用できない。

そこで本発明は、各特許文献に記載された方法と比べて汎用性が高い嵌合方法、装置、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本出願は、部材を対象物に嵌合させる方法を開示する。

この方法は、ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入するステップと、前記変位手段による変位を解除するステップとを含む。

ここで「嵌合」とは、すき間ばめ、中間ばめ、しまりばめ及び部材を対象物に組み付けることを含む。

また部材は、少なくとも第１方向に延在している部材であればよい。部材は、例えば、棒状に形成された部材や、板状に形成された部材、円板状に形成された部材、円環状に形成された部材を含む。

一方で対象物は、凹部のように窪んだ部分を有するものでもよく、この場合本出願に係る嵌合方法は、部材を対象物の凹部に嵌合させるときに適用されてもよい。

対象物は凸部のように突出した部分を有するものでもよく、この場合本出願に係る嵌合方法は、部材を対象物の凸部に嵌合させるときに適用されてもよい。部材には貫通している孔又は貫通していない孔（「窪み」を含む。）を設けてもよく、この場合本出願に係る嵌合方法は、部材に設けられた孔を対象物の凸部に嵌合させるときに適用されてもよい。

なお前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入することは、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させることを含んでもよい。

又は前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入することは、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向に対して１２０度以上２４０度以下の方向（好ましくは１５０度以上２１０度以下の方向）に移動させることを含んでもよい。

更に前記ロボットアームは、柔軟性を有する駆動機構を備えてもよい。

加えて前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させることは、前記部材の前記第１方向の端部を前記対象物の壁面に接触させながら、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させることを含んでもよい。

なお、ロボットアームは、柔軟性を有する駆動機構を備えてもよい。

ここで、「柔軟性」とは、弾性、粘性又は弾性及び粘性を備えていることをいう。弾性とは、応力を加えると変形し、応力を除去すると元に戻る性質をいい、弾性変形のしやすさを示す可撓性という言葉で表現される場合もある。粘性とは、流体の流動速度を一様化する応力を生じさせる性質をいう。柔軟性を備えた駆動機構は、柔軟性を付与するための、例えば、磁性流体、機械ばね、空気ばね、磁力ばね及びベーンモータの何れか一つを少なくとも備えてもよい。

「柔軟性を有する駆動機構」は、直列弾性アクチュエータであってもよい。直列弾性アクチュエータ（Series Elastic Actuator）は、例えば、モータと、ばね等の弾性体とを備える。モータから出力されるトルクは、弾性体をして、剛性を有するリンクに伝達される。このため、ロボットアームにより部材を対象物に接触させて倣わせることを容易に実現することが可能になる。直列弾性アクチュエータが備える弾性体が弾性変形するように、部材を対象物に対して倣わせることが可能になる。

なお、部材を対象物に対して倣わせるとは、部材を対象物に接触させながら、部材を対象物に対して相対的に移動させることをいう。相対的に移動させることは、並進移動に限られず、対象物に対して部材を相対的に回転移動させることを含む。
本出願は、第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させる方法を開示する。

この方法は、前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記部材を変位させた状態で、ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入するステップと、前記変位手段による変位を解除するステップとを含んでもよい。

ここで前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させることは、ロボットアームが部材の第１方向の両端部を挟むこむことにより、前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させることを含む。

ここで、前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入することは、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させることを含む。

本出願は、第１方向に離間して少なくとも２つの孔が形成される部材を少なくとも２つの突起が形成される対象物に嵌合させる方法を開示する。

この方法は、ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記２つの孔の一方の第１孔を、前記２つの突起の一方の第１突起に挿入し、かつ、前記２つの孔の他方の第２孔を、前記２つの突起の他方の第２突起に挿入するステップと、前記変位手段による変位を解除して、前記第１孔の内壁のうち、前記第２孔側の内壁を前記第１突起に当接させ、かつ、前記第２孔の内壁のうち、前記第１孔側の内壁を前記第２突起に当接させるステップとを含む。

ここで前記第１孔及び前記第２孔は、前記第１方向に長軸を有する長孔状に形成されてよい。前記第１孔及び前記第２孔は、長円状又は長方形状に形成されてもよい。

ここで前記第１突起及び前記第２突起は、略円断面を有する円筒状乃至円錐状に形成される部分を含んでよい。

以上のような構成において、保持手段及び変形手段は、それぞれ、ロボットアームのその他の部分とは着脱自在に取り付けられるように構成されてよい。

保持手段を制御する制御手段及び変形手段を制御する制御手段は、それぞれ、ロボットアームの関節を制御する制御手段とは異なるものであってよい。例えば保持手段及び変形手段は、ロボットアームの関節を制御する制御手段とは異なる制御手段によって、シーケンシャル制御されてもよい。

前記保持手段は、前記部材の前記略中央部を保持するための負圧発生手段、前記部材の前記略中央部を保持するための電磁力発生手段、前記部材の前記略中央部を保持するための静電気力発生手段、又は、前記部材の前記略中央部を保持するためのファンデルワールス力発生手段の少なくとも何れか一つを備えてもよい。

前記変形手段は、前記部材の前記第１方向の両端部に当接することにより前記第１方向の両端部の前記第２方向への移動を規制する手段と、前記保持手段を前記第２方向に移動させる手段とを備えてもよい。

本出願は、第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを備えた装置を開示する。このロボットアームは、前記部材を保持するための保持手段と、前記部材の前記第１方向の略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるための変位手段と、前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記部材を前記対象物に挿入するための移動手段とを備え、更に前記変位手段による変位を解除するための解除手段を備える。

本出願は、第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを制御する制御装置を開示する。この制御装置は、前記ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入するステップと、前記変位手段による変位を解除するステップとを実行可能に構成される。

なお、上述したようにロボットアームの関節を制御するための制御手段と、保持手段又は変位手段を制御するための制御手段は、異なる制御手段であってもよい。例えばロボットアームの関節を制御するための制御手段が備える制御プログラムと、
保持手段又は変位手段を制御するための制御手段が備える制御プログラム（又は制御プログラムモジュール）は別の制御プログラム（又は制御プログラムモジュール）であってよい。この場合、ロボットアームの関節の制御と、保持手段又は変位手段の制御は、独立になされてもよい。

本出願は、第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを制御する制御命令を生成させるためのコンピュータプログラムを開示する。このコンピュータプログラムは、前記ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入するステップと、

前記変位手段による変位を解除するステップとを実行させるための制御命令を生成させる。

本出願は、インサート成形方法を開示する。この方法は、第１方向に延在するインサート部材を金型に嵌合させる方法を含む。この方法は、ロボットアームの保持手段が前記インサート部材を保持するステップと、前記保持手段が前記インサート部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記インサート部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、前記変位手段が前記インサート部材を変位させた状態で、前記ロボットアームが前記インサート部材を移動させて前記金型に挿入するステップと、前記変位手段による変位を解除するステップとを含む。その後、前記インサートが挿入された前記金型を用いて樹脂等を金型のキャビティー内に射出する等で成形するステップを含んでよい。

このインサート成形方法は、更に変形してもよい。例えば、前記ロボットアームが前記インサート部材を移動させて前記金型に挿入することは、前記ロボットアームが前記インサート部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させることを含んでもよい。

なお、上記方法又は上記インサート成形方法は、更にインサート部材を含む部材を加熱するステップを含み、加熱するステップを実行した後に、部材を対象物に挿入するステップが実行されてもよい。

図１は、一実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。 図２は、一実施形態に係るロボットアームの保持手段及び変位手段を示す模式図である。 図３は、一実施形態に係るロボットアームの模式図である。 図４は、一実施形態に係る部材の対象物への挿入方法のフローチャートである。 図５は、一実施形態に係る部材の対象物への挿入方法を示す模式図である。 図６は、一実施形態に係る部材の変位方法を示す模式図である。 図７は、一実施形態に係る部材の変位方法を示す模式図である。 図８は、一実施形態に係る部材の対象物への挿入方法を示す模式図である。 図９は、一実施形態に係る部材の対象物への挿入方法のフローチャートである。 図１０は、一実施形態に係る部材の対象物への挿入方法を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。

［第１実施形態］
図１は、ロボットシステム１００の機能ブロック図を示している。図２は、本実施形態に係るロボットアーム２０の保持手段３０及び変位手段４０を示す模式図である（インサート部材Ｗの変形等を強調している）。図３は、ロボットアーム２０がインサート部品Ｗを金型Ｍに挿入する様子を示す模式図である。

本実施形態に係るロボットシステム１００は、インサート部材Ｗ（「部材」の一例）を金型Ｍ（「対象物」の一例）に挿入して嵌合させるための嵌合装置である。図１に示されるようにロボットシステム１００は、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を制御する制御装置１０とを備えている。

インサート部材Ｗは、少なくとも第１方向に延在し、曲げモーメントを作用させることにより変形する部材である。インサート部材Ｗは、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材、ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣ等の鉄板、真鍮材、銅材（電導部材）、Ａ５０５２等のアルミ材、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリアミド等のプラスチック材料、合板等の木材、コートボール等の紙材等から構成されてよく、好ましくは、金属から構成されてよい。本実施形態における部材は、金型Ｍに挿入されてインサート成形に使用される、例えばＳＵＳ３０４から構成される板状のインサート部材Ｗである。

インサート部材Ｗの変形量は、インサート部材Ｗに作用する曲げモーメントの大きさとインサート部材Ｗの断面二次モーメント及びヤング率（縦弾性係数）等に基づいて定まる。従ってインサート部材Ｗを容易に変形させるために、インサート部材Ｗは、例えば１ｍｍ以下の厚みを有することが好ましい。本実施形態におけるインサート部材Ｗは、例えば、インサート部材Ｗの延在方向である方向Ｄ１（「第１方向」の一例。図２における紙面左右方向）における幅が２０～１００ｍｍ、厚さが０．０１～１ｍｍ、奥行き方向（図２における紙面垂直方向）が１０～１００ｍｍの板状に形成される。

本実施形態においてインサート部材Ｗが延在する方向（図２における紙面左右方向）を方向Ｄ１と呼び、インサート部材Ｗが変位する方向（同図紙面上方向）を方向Ｄ２（「第２方向」の一例）と呼び、インサート部材Ｗが移動する方向（同図紙面下方向）を方向Ｄ３（「第３方向」の一例）と呼ぶ。本実施形態においてインサート部材Ｗは厚み方向に変位させるため、方向Ｄ１と方向Ｄ２は略垂直である。本実施形態において、インサート部材Ｗは、変位させる方向と反対の方向に移動させるため、方向Ｄ２と方向Ｄ３は略反対の方向を向き、方向Ｄ１と方向Ｄ３は略垂直である。

インサート部材Ｗの延在方向である方向Ｄ１における中央部分を中央部ＷＣと呼び、中央部ＷＣに対して方向Ｄ１における一方の端部を第１端部Ｗ１と呼び、他方の端部を第２端部Ｗ２と呼ぶ。

金型Ｍ（図３）は、凹部ＧＲが形成されたインサート成形用の金型である。凹部ＧＲにはインサート部材Ｗが挿入される。凹部ＧＲの方向Ｄ１における幅は、インサート部材Ｗの方向Ｄ１における幅より、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲で、凹部ＧＲの方が大きくなるように形成されている。この場合、インサート部材Ｗと凹部ＧＲとのクリアランスは１０μｍ以上３０μｍ以下である。

従来においては、ロボットアームを用いてインサート部材Ｗの部材を金型Ｍのような対象物に嵌合させようとしても、ロボットアームがクリアランス以上に微小振動あるいは位置ズレしてしまい、部材と対象物が衝突してしまうため、うまく部材を対象物に嵌合させることが困難であった。しかしながら以下に示されるように、本実施形態に係る嵌合方法を用いることにより、僅かなクリアランスしか有さない場合であっても、部材を対象物に嵌合させることが可能となった。

［ロボットアームの構成］

図３に示されるようにロボットアーム２０は、多関節（例えば７軸）からなる垂直型の多関節ロボットアームであり、ベースＢと、ベースＢに接続される複数のリンクＬと、複数のリンクＬをそれぞれの回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ（図１）が搭載される複数のジョイントＪとを備える。

ジョイントＪに搭載されるアクチュエータＡは、リンクＬを回転軸に従って回転させるための回転力を付与するための部材である。本実施形態に係るアクチュエータＡは、ＳＥＡ（Serial Elastic Actuators）とも呼ばれる、直列弾性アクチュエータを備える知られた駆動機構から構成されており、例えば、特許第６３２９１４９号及び欧州特許第２８９０５２８号には、ＳＥＡの一例が記載されている。リンクＬを回転させるためのアクチュエータＡは、駆動部ＡＡ（図１）と、駆動部ＡＡに接続される弾性体ＡＢ（図１）とから構成される。駆動部ＡＡは、例えば、電動機であるサーボモータから構成される。弾性体ＡＢは、例えば、機械ばねから構成される。アクチュエータＡにおいて駆動部ＡＡから出力される動力は、弾性体ＡＢを介して出力側のリンクＬに伝達し、リンクＬを回転させる。

更にアクチュエータＡは、負荷の大きさを取得するためのセンサと、弾性体ＡＢの変位量を取得するためのセンサと、サーボモータの変位量や出力軸の位置情報を取得するためのセンサを含む複数のセンサを備えている。但し、負荷の大きさを取得するセンサーは、弾性体ＡＢの変量から算出して代用する事が可能である。

負荷の大きさは、例えば、駆動部ＡＡを構成するサーボモータに流れる電流量を取得する電流センサから取得することが、弾性体ＡＢの弾性変位量計測センサー、歪ゲージ等を利用した力覚センサーや、アクチュエータ入力軸（モータ軸）と出力軸（駆動軸）のエンコーダ信号の差分等から可能である。

弾性体ＡＢの変位量は、弾性体Ａの両端の変位量（回転角度）を取得するために弾性体ＡＢの両端にそれぞれ設けられた光学的センサ、弾性体ＡＢに磁石等を取り付けこの磁石等から発生する磁場を検出する磁気センサ、又は、弾性体ＡＢに設けられた歪センサ等から取得することが可能である。前述の通り弾性体ＡＢの変位量及び弾性体ＡＢの弾性定数に基づいて発生するトルクを取得することも可能となる。

上記と同様に、サーボモータの変位量は、エンコーダ等の光学的センサ、ホール素子等の磁気センサ、又は、歪センサ等から取得することが可能である。

以上のような構成のアクチュエータＡは、各リンクＬに対応する各ジョイントＪごとに、搭載されてもよい。

複数のアクチュエータＡごとにそれぞれ設けられた柔軟性を備えた駆動機構に相当する直列弾性アクチュエータによって駆動される部分の慣性、質量及び長さ、外力並びに直列弾性アクチュエータが備える弾性体である機械ばねの弾性率をパラメータとする運動方程式が成立する。このため、制御装置１０は、機械ばねの弾性率及び変位量等に基づいて、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御を行うように構成される。

なお、各アクチュエータＡを構成する直列弾性アクチュエータは、駆動部であるサーボモータの駆動軸に接続され、動力を機械ばね等の弾性体に伝達するギヤを備えていてもよい。更に、直列弾性アクチュエータは、粘性に基づいて衝撃を緩和させるダンパ機構及び動力の伝達をスイッチするためのクラッチ機構を備えてもよい。粘性を有するダンパ機構等の粘性体を付与する場合、又は、ギヤの歯車間の摩擦等から生じる減衰を加味する場合、運動方程式には、粘性定数がパラメータとして加えられた運動方程式が成立する。

例えば、サーボモータの駆動軸にギヤが接続され、ギヤの出力軸に弾性体を介して負荷（下流側のリンク等）が接続される直列弾性アクチュエータの場合、ギヤの出力軸に生じるトルクは、サーボモータに流れる電流及びギヤ比に比例し、このトルクが、ギヤの出力軸の角加速度に慣性を乗じた値と、ギヤの出力軸の角加速度にギヤの粘性を乗じた値と、弾性体の変位量に弾性率を乗じた値との和と等しくなる運動方程式が成立する。この運動方程式に基づいて、直列弾性アクチュエータの伝達関数を導くことにより、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御が可能となる。

以上のような構成により、ロボットアーム２０の複数のリンクＬを回動させることが可能になるため、保持手段３０に保持されるインサート部材Ｗの位置及び姿勢を自由に変化させることが可能となる。なお、本開示における位置を示す情報は、合理的に必要と考えられる場合、姿勢を示す情報を含む場合がある。更にロボットアーム２０は、インサート部材Ｗ等を画像認識するための撮像装置及び使用者と情報の授受を行うためのディスプレイを含む入出力手段を備えてもよい。更にロボットアーム２０は、弾性を有さないアクチュエータによって駆動されるリンクを一部に備えてもよい。

［保持手段及び変位手段の構成］

図３（Ａ）に示されるように、先端のジョイントＪ（又はリンクＬ）には、インサート部材Ｗを保持するための保持手段３０及びインサート部材Ｗを変位させるための変位手段４０がジョイントＪ（又はリンクＬ）に対して着脱自在に取り付けられる。

保持手段３０は、インサート部材Ｗを保持する機能を有する。後述するように保持手段３０は、インサート部材Ｗを保持可能である様々な手段から構成することが可能である。

本実施形態における保持手段３０は、図２に示されるように、負圧（大気圧と真空に近い圧力との差圧）を発生させることによりインサート部材Ｗを吸引する吸引手段（「負圧発生手段」の一例。「エアー・サッカー」と呼ばれる場合がある。）から構成される。吸引手段は、インサート部材Ｗに接触してインサート部材Ｗを吸引するための吸着パッド３２と、吸着パッド３２に接続され、圧縮空気から負圧（真空圧）を発生させる真空発生器、あるいは真空ポンプに接続される接続チューブ３４と、吸着パッド３２を支持する支持体３６とを備える。

吸着パッド３２は、例えば、伸縮性を有するポリウレタンゴム又は耐熱性を有するシリコーンゴム、耐溶剤性を有するＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエンゴム）等の材質から構成される。本実施形態においてインサート部材Ｗは高温の金型Ｍ内に挿入されるため、ポリウレタンゴムと比較して熱に強いシリコーンゴムから設けられている。接続チューブ３４は、吸着パッド３２と真空発生器、あるいは真空ポンプとを接続することにより、吸着パッド３２の内部領域に負圧を発生させる。支持体３６は、吸着パッド３２を支持するために、例えば、円筒状に形成され端部において吸着パッド３２に接続される。支持体３６の内部には接続チューブ３４の端部が挿入されて吸着パッド３２に接続されている。

なお本実施形態における保持手段３０は、単一の吸着パッド３２を備えているが、これに替えて複数個の吸着パッドを備えてよい。又、吸着パッド３２は、円形乃至円筒状に形成されている他、インサート部材Ｗの形状等を踏まえて楕円形等様々な形状から構成されることが可能である。例えばブロック上に形成された吸着パッド（吸着ブロックと呼ばれる場合もある。）を利用してもよい。

変位手段４０は、インサート部材Ｗの少なくとも中央部ＷＣを、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して方向Ｄ２に相対的に変位させる。変位手段４０は、インサート部材Ｗを変位可能である様々な手段から構成することが可能である。

本実施形態における変位手段４０は、電磁力を発生させるソレノイド４２と、ソレノイド４２によって生じる電磁力によって方向Ｄ２に移動するプランジャと、プランジャの移動に伴って移動する支持体３６及び吸着パッド３２を元の位置に戻すために方向Ｄ２と反対の方向Ｄ３に支持体３６を付勢するバネ４４と、ソレノイド４２及びバネ４４を収容する筐体４６と、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に当接することにより第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２を支持する接触部４８とを備える。

ソレノイド４２は、電気エネルギを機械的な直線運動に変換する電磁機能部品であり円筒状に巻回された巻線を備えている。

ソレノイド４２の内部にはプランジャが挿入されている。プランジャは、ソレノイド４２に電流を流すことによって生じる電磁力によって方向Ｄ２に移動可能に構成されている。プランジャは、支持体３６に接続されている。このためプランジャが方向Ｄ２に移動すると、プランジャの移動に伴って支持体３６及び支持体３６に支持される吸着パッド３２は、方向Ｄ２に移動可能に構成されている。

接触部４８（「移動を規制する手段」の一例）は、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に接触することにより、第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２の方向Ｄ２への移動を禁止又は抑制する。接触部４８は、インサート部材Ｗの形状等を踏まえて様々な形状から構成されることが可能である。

本実施形態における接触部４８は、支持体３６と係合する中央部４８Ｃと、中央部４８Ｃからインサート部材Ｗの第１端部Ｗ１に接近するように、方向Ｄ１に延伸する部分と方向Ｄ３に延伸して第１端部Ｗ１に接触する部分とを備える第１接触部４８１と、中央部４８Ｃからインサート部材Ｗの第２端部Ｗ２に接近するために、方向Ｄ１に延伸する部分と方向Ｄ３に延伸して第２端部Ｗ２に接触する部分とを備える第２接触部４８２とを備える。

中央部４８Ｃは、方向Ｄ２（及び方向Ｄ３）に移動可能に支持体３６を支持する。中央部４８Ｃは、例えば、支持体３６を軸方向に移動可能に支持するすべり軸受けを備える。

接触部４８は、筐体４６に固定されている。このため変位手段４０によって支持体３６が支持体３６の軸方向に相当する方向Ｄ２に移動するとき、接触部４８は移動しない。このため支持体３６は、接触部４８に対して相対的に支持体３６の軸方向に相当する方向Ｄ２（及び方向Ｄ３）に移動可能に構成されている。

バネ４４は、支持体３６とソレノイド４２との間に挿入されることにより支持体３６を方向Ｄ３に付勢する。このためソレノイド４２によって方向Ｄ２に移動した支持体３６は、ソレノイド４２によるプランジャの駆動が停止されると、方向Ｄ３に移動して元の位置に戻る。

なお筐体４６には、支持体３６の方向Ｄ２への移動距離を規定するストッパが設けられてもよい。例えば支持体３６の上方（方向Ｄ２）に離間した位置にストッパを設け方向Ｄ２に所定距離移動した支持体３６が当接するようにストッパを設置することにより支持体３６の移動量、ひいては、インサート部材Ｗの変形量を設定することが可能となる。

［制御装置の構成］

制御装置１０（図１）は、ロボットアーム２０、保持手段３０及び変位手段４０を制御する。本実施形態に係る制御装置１０は、ロボットアーム２０を制御するための第１制御部１０１と、保持手段３０及び変位手段４０を制御するための第２制御部１０２とを備える。

制御装置１０の第１制御部１０１は、従来の位置制御ではなく、直列弾性アクチュエータを利用したメカニカル・コンプライアンス制御に基づいてロボットアーム２０を制御する。

第１制御部１０１は、ロボットアーム２０の基準となる位置（例えば、手先位置に相当するリンクＬのセンターポイント、又は、保持手段３０のセンターポイント。以下、「基準位置」又は「基準部位」という。）の開始位置及びその時の姿勢を取得する開始位置取得部１０Ａと、目標位置及びその時の姿勢を取得する目標位置取得部１０Ｂと、許容範囲取得部１０Ｃと、開始位置と目標位置を結ぶ経路を取得する経路取得部１０Ｄと、経路取得部１０Ｄによって取得された経路に従って、各アクチュエータＡの駆動部に相当するサーボモータを制御するための制御命令を取得する制御命令取得部１０Ｅと、記憶部１０Ｆとを備える。

開始位置取得部１０Ａは、例えば、制御装置１０に接続可能な教示装置（不図示）から入力された開始位置及びその時のロボットアーム２０の姿勢を取得する。教示装置５０は、現場で実際にロボットアーム２０を動かしてその時の基準位置及び姿勢を開始位置として教示するオンラインティーチングに従う教示装置でもよいし、コンピュータプログラムによって基準位置の位置及び姿勢を開始位置として教示する、テキスト型、シミュレータ型、エミュレータ型、又は、自動ティーチング型等のオフラインティーチングに従う教示装置でもよい。

目標位置取得部１０Ｂは、例えば、開始位置と同様に、教示装置から入力された目標位置及びその時の姿勢を取得する。目標位置取得部１０Ｂは、複数の目標位置及びその時の姿勢を取得することが可能である。

許容範囲取得部１０Ｃは、基準位置の経路を基準として、ロボットアーム２０の実際の基準位置が経路から離れることができる許容範囲を示す情報を取得する。例えば、ある目標位置にロボットアーム２０の基準位置が到達した時の、直列弾性アクチュエータによって駆動される所定のリンクの角度がαであるとき、そのリンクの許容範囲を示す情報は、例えば、α±βという角度情報として取得される。βは、直列弾性アクチュエータの弾性体の弾性率等に基づいて、弾性変形可能な範囲として予め設定可能な角度単位の情報である。複数方向に対して柔軟性を有するために、ロボットアーム２０は、複数の直列弾性アクチュエータを備えている。この場合、許容範囲取得部１０Ｃは、直列弾性アクチュエータに駆動される複数のリンクごとに許容範囲を示す情報を取得することが可能である。

なお、許容範囲を示す情報は、リンクの角度が変動した結果、ロボットアーム２０の別の部位である基準位置が取り得る所定領域を示す位置情報であってもよい。即ち、所定のリンクの角度がα＋βであるとき、βにリンクの長さを乗じた距離だけそのリンクの先端が変位するから、それに応じて、下流のロボットアーム２０の部位も変位する。従って、許容範囲取得部１０Ｃは、ロボットアーム２０の他の部位を基準位置とし、この基準位置が取り得る所定領域を示す位置情報として取得してもよい。以下では、先端のリンクＬによって保持されるワークのセンターポイントをロボットアーム２０の基準位置とする場合を中心に説明する。許容範囲は、基準位置において少なくとも±５ｍｍ以上経路から離れることを許容するように構成されることが好ましい。

許容範囲を示す情報は、記憶部１０Ｆに格納されるコンピュータプログラム内において、予め、駆動機構が備える弾性又は粘性に基づく定数として定められることができる。従って、制御装置１０の演算素子がコンピュータプログラムを読み出すことにより、許容範囲を示す情報が取得されるように構成されてもよい。或いは、制御装置１０は、教示装置から、許容範囲を示す情報を取得してもよい。

経路取得部１０Ｄは、開始位置と目標位置を接続する経路（計画軌跡）を演算処理等により取得する。

制御命令取得部１０Ｅは、基準位置を経路に従って移動させるために各アクチュエータＡの駆動部ＡＡにそれぞれ搭載される各モータを制御するための制御命令を演算処理等により取得し、ロボットアーム２０に供給する。例えば、制御命令取得部１０Ｅは、逆運動学演算（インバースキネマティクス）により、基準位置が経路上に位置するための各モータの回転角度を算出し、これに基づいて制御命令を生成して、記憶部１０Ｆに格納することが可能である。

記憶部１０Ｆは、各実施形態に示される各処理を実行するためのコンピュータプログラム（経路生成アルゴリズムを含む）及び必要なデータその他の情報を格納する。

第２制御部１０２は、保持手段３０及び変位手段４０を制御する。具体的には第２制御部１０２は、第１制御部１０１からの指令に基づいて吸引手段による吸引を実行させることにより保持手段３０によるインサート部材Ｗの保持を制御し、その後、変位手段４０のソレノイド４２によるプランジャの駆動を実行させることにより変位手段４０によるインサート部材Ｗの変位を制御可能に構成される。

以上述べた制御装置１０のハードウェア構成に関し、制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）等のプロセッサである演算素子と、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性記憶素子と、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の不揮発性記憶素子と、これらを接続するバス等の通信手段を備えるコンピュータから構成することが可能である。不揮発性記憶素子は、非一時的（Non-transitory）に情報を記憶する記憶媒体である。揮発性記憶素子は、これらコンピュータプログラムの少なくとも一部及び演算処理結果等を一時的に記憶する。記憶部１０Ｆは、これら記憶素子により構成される。また、記憶部１０Ｆに格納されるコンピュータプログラムを演算素子が実行することにより、開始位置取得部１０Ａ、目標位置取得部１０Ｂ、許容範囲取得部１０Ｃ、経路取得部１０Ｄ、制御命令取得部１０Ｅ及び第２制御部１０２として機能する。但し、これら演算素子、不揮発性記憶素子等の少なくとも一部は、インターネット等の通信ネットワークに接続された遠隔地に設置されていてもよい。例えば、演算素子は、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラム又は必要なデータを取得するように構成されてもよい。また制御装置１０は、２又は３以上のプロセッサを演算素子として備え、第１制御部１０１を第１のプロセッサから構成し、第２制御部１０２を第２のプロセッサから構成してもよい。更に制御装置１０は、複数のコンピュータプログラムを実行可能に構成され、第１制御部１０１による制御を第１コンピュータプログラムに基づいて実現し、第２制御部１０２による制御を第２コンピュータプログラムに基づいて実現してもよい。第１コンピュータプログラムは、記憶部１０Ｆの不揮発性記憶素子に格納されてもよい。第２コンピュータプログラムは、記憶部１０Ｆの、第１コンピュータプログラムを格納する不揮発性記憶素子とは異なる不揮発性記憶素子に格納されてもよい。

制御装置１０とロボットアーム２０は、無線又は有線による通信手段によって情報の送受信が可能に構成されている。

制御装置１０には、ロボットシステム１００に動作教示するための教示装置が接続、又は、一体的に設けられてもよい。また、教示装置は、ロボットアーム２０に設けられてもよく、例えば、ディスプレイを含む入出力手段を教示装置の一部として利用してもよい。教示装置は、例えば、携帯型の教示ペンダントを備える。教示装置５０は、制御装置１０と同様に、演算素子、揮発性記憶素子、不揮発性記憶素子を備え、更に、ディスプレイを有する表示手段及び複数の操作キー並びにレバーを有する入力手段を備えている。入力手段は、ディスプレイを押圧して入力を行うタッチパネル式の入力手段から構成されてもよい。

［嵌合方法］

続いて、ロボットシステム１００のロボットアーム２０を用いた部材の対象物への挿入方法（嵌合方法）を説明する。図４は、ロボットアーム２０を用いた嵌合方法を示すフローチャートである。図５は、ロボットアーム２０を用いた嵌合方法を示す模式図である。

ロボットアーム２０が取るべき姿勢は、教示手段等の手段により開始位置及び複数の目標位置として予め教示されていてよい。開始位置取得部１０Ａ及び目標位置取得部１０Ｂは、それぞれ、ロボットアーム２０の開始位置及び複数の目標位置を取得し、経路取得部１０Ｄは、開始位置と目標位置を接続する経路（計画軌跡）を演算処理等により取得し、制御命令取得部１０Ｅは、基準位置を経路に従って移動させるために各アクチュエータＡの駆動部ＡＡにそれぞれ搭載される各モータを制御するための制御命令を演算処理等により取得し、ロボットアーム２０に供給するように構成されている。

まず保持手段３０は、インサート部材Ｗを保持する（ステップＳ４１）。例えば、教示装置等を用いて作業者は、目標位置取得部１０Ｂに、吸着パッド３２による吸着を実行する際のロボットアーム２０の姿勢を予め教示させておき、目標位置取得部１０Ｂは、教示されたロボットアーム２０姿勢を目標位置の一つとして取得する。経路取得部１０Ｄは、ロボットアーム２０の開始位置と目標位置を結ぶ経路を取得し、制御命令取得部１０Ｅは目標位置に移動させるための制御命令を取得し、ロボットアーム２０の各駆動部ＡＡに供給する。その結果第１制御部１０１は、吸着パッド３２をインサート部材Ｗの中央部ＷＣに近接させ、第１接触部４８１の端部を第１端部Ｗ１に近接させ、第２接触部４８２の端部を第２端部Ｗ２に近接させるようにロボットアーム２０の保持手段３０をインサート部材Ｗに接近させる。

第２制御部１０２は、第１制御部１０１からロボットアーム２０が目標位置の一つに到達した旨、即ち、保持手段３０をインサート部材Ｗに接近させる動作が完了した旨の通知を受けると、真空ポンプを駆動させ吸引手段による吸引を実行させる。その結果、吸着パッド３２の内部領域に負圧が発生するため、インサート部材Ｗは吸着パッド３２に吸引され、吸着パッド３２と接触する。従って、保持手段３０は、インサート部材Ｗを保持する（図２（Ｂ））。

変位手段４０は、保持手段３０によるインサート部材Ｗの保持が完了すると、保持手段３０による保持を維持した状態で、インサート部材Ｗの中央部ＷＣを第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して、方向Ｄ２に変位させる（ステップＳ４２）。

具体的には第２制御部１０２は、ソレノイド４２に電流を流して電磁力を発生させることにより、プランジャを方向Ｄ２に移動させる。その結果プランジャに接続される支持体３６、支持体３６に支持される吸着パッド３２及び吸着パッド３２に吸引されているインサート部材Ｗは、方向Ｄ２に移動する。インサート部材Ｗが方向Ｄ２に移動するとき、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１は変位手段４０の第１接触部４８１の端部に接触し、第２端部Ｗ２は第２接触部４８２の端部に接触するため、第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２は、それ以上、方向Ｄ２に移動することができない。このため、図２（Ｃ）に示されるようにインサート部材Ｗの中央部ＷＣを第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して方向Ｄ２に相対的に変位させることが可能となる。第１接触部４８１及び第２接触部４８２を吸着パッド３２に対して対称に設けるとき、インサート部材Ｗは、中央部ＷＣを固定端とし第１端部Ｗ１（及び第２端部Ｗ２）を自由端とし、第１接触部４８１（及び第２接触部４８２）に回転モーメントが作用する片持ち梁と同様に変形する。

以上のような変位手段４０によるインサート部材Ｗの変位の結果、インサート部材Ｗは、方向Ｄ２に凸となる凸型に変形する。変形量は、対象物である金型Ｍとのクリアランス量に基づいて設定されることが好ましい。また、変形量は、対象物であるインサート部材Ｗが弾性変形領域内で変形するように設定されることが好ましい。

ここで変位手段４０は、変形量を設定する手段としてストッパを備えていてもよい。ストッパは、支持体３６の方向Ｄ２への移動距離を設定するために、支持体３６が方向Ｄ２に所定距離移動すると接触する位置に設けられる。ストッパにより方向Ｄ２に所定距離移動した支持体３６はストッパに接触して、それ以上、方向Ｄ２に移動することができない。このためストッパにより、支持体３６の移動量、ひいては、インサート部材Ｗの変形量を設定することが可能となる。

インサート部材Ｗは、方向Ｄ２に凸となるように弾性変形するため、インサート部材Ｗの方向Ｄ１における幅は、変位前の状態と比較して小さくなる。本実施形態に係る変位手段４０は、例えば、インサート部材Ｗの方向Ｄ１における幅が１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲で短くなるように、インサート部材Ｗを方向Ｄ２に凸となるように弾性変形させる。

次いでインサート部材Ｗを方向Ｄ２に凸となるように弾性変形させた状態を維持しながら、移動手段として機能するロボットアーム２０は、凹部ＧＲ内でインサート部材Ｗを方向Ｄ２の反対方向である方向Ｄ３に移動させて、インサート部材Ｗを凹部ＧＲ内に挿入する（ステップＳ４３，図４（Ａ））。上述したようにインサート部材Ｗの方向Ｄ１の幅が小さくなっているため、凹部ＧＲとインサート部材Ｗとのクリアランスを大きくすることが可能となる。従って部材（インサート部材Ｗ）と対象物（金型Ｍ）とのクリアランスが小さい場合であっても、部材を対象物に挿入することが可能となる。なお凹部ＧＲの外の空間において、ロボットアーム２０は、インサート部材Ｗを方向Ｄ３以外の方向へ移動させてもよい。

本実施形態のように、中央部ＷＣの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対する相対的変位方向である方向Ｄ２と、インサート部材Ｗの移動方向である方向Ｄ３とを反対方向に設定することが好ましい。仮に方向Ｄ２にインサート部材Ｗを移動させると、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１又は第２端部Ｗ２が金型Ｍの凹部ＧＲの内壁に接触したときに、変形がより大きくなる方向の力がインサート部材Ｗに作用してしまう。その結果、インサート部材Ｗが座屈等して塑性変形してしまう可能性や、金型Ｍが傷ついてしまう可能性が生じる。更に別の理由として、仮に方向Ｄ２にインサート部材Ｗを移動させると、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１又は第２端部Ｗ２よりも中央部ＷＣが前方に位置することとなるため、中央部ＷＣが先に凹部ＧＲの底面に接触する可能性が高まる。その結果、変位を解除したときに、第１端部Ｗ１又は第２端部Ｗ２が凹部ＧＲの底面から離間した状態で、インサート部材Ｗが金型Ｍに嵌合してしまう可能性が高まる。

本実施形態における嵌合方法は、相対的変位方向である方向Ｄ２と、インサート部材Ｗの移動方向である方向Ｄ３とを概ね反対方向（例えば、１２０度以上２４０度以下であり、好ましくは１５０度以上２１０度以下である。）に設定することにより、斯様な問題が生じる可能性を抑制することが可能となる。但し、このような問題が懸念されない場合に、相対的変位方向である方向Ｄ２と同じ方向又は概ね同じ方向にインサート部材Ｗを移動させるように構成してもよい。

ロボットアーム２０がインサート部材Ｗの方向Ｄ３への移動を継続するとやがてインサート部材Ｗは凹部ＧＲの底面に接触する（ステップＳ４４）。好ましくはロボットアーム２０は、インサート部材Ｗの中央部ＷＣを凹部ＧＲの底面から離間させた状態で、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１又は第２端部Ｗ２の少なくとも一方、又は、第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２を凹部ＧＲの底面に接触させる（図５（Ｂ））。

ここでロボットアーム２０は、柔軟性を有する駆動機構として例えば直列弾性アクチュエータを備えている。このため第１端部Ｗ１又は第２端部Ｗ２が凹部ＧＲの底面に接触したときに、ジョイントＪに搭載されるアクチュエータＡの弾性体ＡＢは、方向Ｄ３に弾性変形することが可能である。このため凹部ＧＲの底面を傷つけにくい態様で、インサート部材Ｗを凹部ＧＲの底面に接触させることが可能となる。

但しアクチュエータＡの弾性体ＡＢが方向Ｄ３に大きく弾性変形してインサート部材Ｗが凹部ＧＲの底面を押し付ける力が大きくなりすぎると、インサート部材Ｗが塑性変形し、又は、金型Ｍが傷ついてしまう可能性がある。そこで、許容範囲取得部１０Ｃによって取得される許容範囲は、ロボットアーム２０の基準位置の経路と、ロボットアーム２０の実際の位置との差が大きくなりすぎてインサート部材Ｗが塑性変形等しないように設定されることが好ましい。例えば、インサート部材Ｗが弾性変形領域内の変形にとどまるように許容範囲を設定し、ロボットアーム２０の基準位置の経路と、ロボットアーム２０の実際の位置との差が許容範囲に到達したときにロボットアーム２０が動作停止するように、制御装置１０はロボットアーム２０を制御することにより、製造誤差等に起因してインサート部材Ｗの塑性変形や金型Ｍの損傷等が生じ得る場合であっても、そのような塑性変形等を抑制することが可能となる。

第１制御部１０１は、インサート部材Ｗが凹部ＧＲに接触したことを検出すると、第２制御部１０２に変位手段４０による変位を解除させるための命令を送信する。

第２制御部１０２（「解除手段」の一例）は、第１制御部１０１からの命令に基づいて、変位手段４０によるインサート部材Ｗの変位を解除させる（ステップＳ４５）。具体的には第２制御部１０２は、ソレノイド４２への電流供給を停止させて、プランジャの駆動を停止させる。ソレノイド４２によるプランジャの駆動が停止されると、バネ４４の付勢力により支持体３６及び吸着パッド３２は方向Ｄ３に移動するため、弾性変形していたインサート部材Ｗの中央部ＷＣは、変位がなくなる方向Ｄ３に移動して、インサート部材Ｗの変位が解除される。その結果、インサート部材Ｗは方向Ｄ１に１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲で延伸する。このためインサート部材Ｗの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２をそれぞれ凹部ＧＲの内壁に接触させることが可能となる。従ってインサート部材Ｗの金型Ｍへの嵌合を行うことが可能となる。

その後第２制御部１０２は、インサート部材Ｗの保持を解除する（ステップＳ４６）。具体的には第２制御部１０２は、真空ポンプの駆動を停止させて吸引手段による吸引を停止させる。

その後、第１制御部１０１は、ロボットアーム２０、保持手段３０及び変位手段４０を方向Ｄ２に移動させる（図５（Ｃ））。

以上のステップにより、ロボットシステム１００のロボットアーム２０を用いたインサート部材Ｗの金型Ｍへの嵌合が完了する。

本実施形態によれば、部材の弾性変形を利用することにより、汎用性が高い方法で部材を対象物に嵌合させることが可能となる。

なお本実施形態に係る嵌合方法は、インサート部材Ｗの金型Ｍへの嵌合以外の場面においても利用することが可能である。例えば、部材を対象物に固定させる用途で本実施形態に係る嵌合方法を利用することが可能である。

［第２実施形態］

以下、第２実施形態に係るロボットシステムが備えるロボットアームの変位手段１４０について説明する。なお第１実施形態その他の実施形態と同一又は同様の構成を備えていることが当業者に理解される点については、同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

図６は、第２実施形態に係るロボットアームの変位手段１４０の模式図である。同図に示されるように変位手段１４０は、インサート部材Ｗの少なくとも中央部ＷＣを、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して方向Ｄ２に相対的に変位させる点で変位手段４０と同様である。

本実施形態における変位手段１４０は、接触部４８を方向Ｄ３に移動させる偏心カム機構１４２によってインサート部材Ｗを変位させる点で、変位手段４０と異なる。偏心カム機構１４２は、筐体４６と接触部４８の間に挿入され、回転したときに筐体４６に対する接触部４８の距離を変更させる。

このため図６（Ａ）に示されるように保持手段３０がインサート部材Ｗを吸着した後に、制御装置１０は、偏心カム機構１４２を回転させて、筐体４６に対する接触部４８の距離が大きくなるように接触部４８を方向Ｄ３に移動させる（なお図６（Ａ）等においてはインサート部材Ｗと接触部４８とが離間していることを強調して描いている）。

接触部４８が方向Ｄ３に移動すると、第１接触部４８１の端部は、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１に接触し、第２接触部４８２の端部は第２端部Ｗ２に接触するので、図６（Ｂ）に示されるようにインサート部材Ｗの中央部ＷＣを第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して方向Ｄ２に相対的に変位させることが可能となる。

［第３実施形態］

以下、第３実施形態に係るロボットシステムが備えるロボットアームの保持手段２３０について説明する。なお第１実施形態その他の実施形態と同一又は同様の構成を備えていることが当業者に理解される点については、同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

図７は、第３実施形態に係るロボットアームの保持手段２３０の模式図である。同図に示されるように保持手段２３０は、吸着パッド３２を介して負圧によりインサート部材Ｗを吸引する吸引手段に替えて、マグネット２３２（「電磁力発生手段」の一例）を用いて磁力によりインサート部材Ｗを保持する点において第１実施形態と異なる。マグネット２３２は電磁石であってよく、制御装置１０からの命令に基づいて磁力の発生を制御可能に構成されている。

このような保持手段２３０によれば、第１接触部４８１の端部がインサート部材Ｗの第１端部Ｗ１に接触し、第２接触部４８２の端部が第２端部Ｗ２に接触した状態で、制御装置１０は、マグネット２３２による磁力を発生させる。この結果、図７に示されるようにインサート部材Ｗの中央部ＷＣを第１端部Ｗ１及び第２端部Ｗ２に対して方向Ｄ２に相対的に変位させることが可能となる。

なおインサート部材Ｗの損傷を抑制させるためにマグネット２３２の表面に樹脂等を被覆してもよい。

以上のとおりであるからインサート部材Ｗその他の部材が磁性を有する材料から構成される場合は、電磁力を利用して部材を保持するように保持手段を構成してもよい。

更に保持手段は、静電気力（クーロン力）を用いてインサート部材Ｗその他の部材を保持可能に構成してもよい。即ち保持手段は、電圧が印加される電極（「静電気力発生手段」の一例）を備えてよい。この電極を反対の極性に帯電している部材に接近させることにより、保持手段の電極は部材を保持することが可能に構成されている。例えば、保持手段は正の２００Ｖの電圧が印加される電極であってよく、この場合フッ素等の負に帯電する部材を保持可能であり、又は、保持手段は負に帯電可能に構成される電極であってよく、この場合正に帯電する部材を保持可能である。

更に保持手段は、ファンデルワールス力（分子間力）を用いてインサート部材Ｗその他の部材を保持可能に構成してもよい。即ち保持手段は、接触する際のファンデルワールス力を吸着力として利用するパッド（「ファンデルワールス力発生手段」の一例）を備えてよい。なおパッドには、ファンデルワールス力によってインサート部材Ｗ表面に接着するための微細な毛を設けてよい。尚、吸着の解除には、パッドを回転する（捻る）等で実現する。

［第４実施形態］

以下、第４実施形態に係るロボットシステムが備えるロボットアームを用いた部材の対象物への挿入方法について説明する。なお第４実施形態に係るロボットシステムは、第１実施形態に係るロボットシステムと同一又は同様のハードウェア構成によって実現することが可能であるから、同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

この挿入方法は、インサート部材Ｗその他の部材の略中央部を方向Ｄ１における端部に対して方向Ｄ２に相対的に変位させた状態で、部材を方向Ｄ３に移動させて金型Ｍその他の対象物に挿入する点で、第１実施形態に示された挿入方法と同様である。

第４実施形態に係る挿入方法は、部材の第１方向端部を凹部ＧＲの壁面に接触させながら、部材を方向Ｄ３に移動させる点で、第１実施形態に示される挿入方法と異なる。

図８は、第４実施形態に係る挿入方法を示す模式図であり、図９は、第４実施形態に係る挿入方法を示すフローチャートである。

保持手段３０によるインサート部材Ｗの保持（ステップＳ９１）及び変位手段４０によるインサート部材Ｗの変位（ステップＳ９２）については、それぞれ、ステップＳ４１及びステップＳ４２と同様であるため説明を省略する。

次いでロボットアーム２０は、インサート部材Ｗを移動させ、インサート部材Ｗの方向Ｄ１端部である第１端部Ｗ１（特に第１端部Ｗ１の方向Ｄ２側の角部）を凹部ＧＲの壁面に接触させる（ステップＳ９３，図８（Ａ））。

ここでロボットアーム２０は、柔軟性を有する駆動機構として例えば直列弾性アクチュエータを備えている。このため第１端部Ｗ１が凹部ＧＲの壁面に接触したときに、ジョイントＪに搭載されるアクチュエータＡの弾性体ＡＢは、方向Ｄ１に弾性変形することが可能である。このため凹部ＧＲの壁面を傷つけにくい態様で、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１を凹部ＧＲの壁面に接触させることが可能となる。

次いでインサート部材Ｗを方向Ｄ２に凸となるように弾性変形させた状態で、かつ、第１端部Ｗ１を凹部ＧＲの壁面に接触させながら、ロボットアーム２０は、凹部ＧＲ内でインサート部材Ｗを方向Ｄ２の反対方向である方向Ｄ３に移動させて、インサート部材Ｗを凹部ＧＲ内に挿入する（ステップＳ９４）。即ち、ロボットアーム２０は、部材（インサート部材Ｗ）を対象物（金型Ｍ）に接触させながら、部材を対象物に対して相対的に移動させる。

第１端部Ｗ１を凹部ＧＲの壁面に接触させながらインサート部材Ｗを方向Ｄ３に移動させることにより、第２端部Ｗ２と凹部ＧＲとのクリアランスを確保しながら、インサート部材Ｗを金型Ｍに挿入することが可能となる。また、ロボットアーム２０は、柔軟性を有する駆動機構として例えば直列弾性アクチュエータを備えているから、凹部ＧＲの壁面が曲面を含んでいたり、ロボットアーム２０が微小振動しても、ロボットアーム２０の弾性体ＡＢが方向Ｄ１に弾性変形しながら、凹部ＧＲの壁面を傷つけにくい態様で、インサート部材Ｗを移動させることが可能となる。

ここで図８（Ａ）に示されるように、ロボットアーム２０は、インサート部材Ｗの方向Ｄ１における他方の端部に相当する第２端部Ｗ２が、凹部ＧＲの壁面に接触する第１端部Ｗ１よりも移動方向である方向Ｄ３を基準として後退した位置となるようにインサート部材Ｗを傾けながら、インサート部材Ｗを方向Ｄ２に凸となるように弾性変形させた状態を維持しつつ、凹部ＧＲ内でインサート部材Ｗを方向Ｄ２の反対方向である方向Ｄ３に移動させることが好ましい。ここでインサート部材Ｗが傾けられたことにより、インサート部材Ｗの中央部ＷＣは、厳密には、方向Ｄ２に対して傾斜する方向Ｄ４（「第２方向」の一例）に変位する。このため本実施形態においては、方向Ｄ４がインサート部材Ｗの変位方向に相当する。方向Ｄ４とインサート部材Ｗを移動させる方向に相当する方向Ｄ３のなす角は、１２０度以上２４０度以下であってよく、１５０度以上２１０度以下であることが更に好ましい。

このようにインサート部材Ｗを移動させることにより、第２端部Ｗ２と凹部ＧＲとのクリアランスを一層大きくすることが可能となる。また、第１端部Ｗ１を凹部ＧＲの壁面と底面とを接続するコーナー部に挿入することが可能となる。

ロボットアーム２０がインサート部材Ｗの方向Ｄ３への移動を継続するとやがて、ロボットアーム２０は、インサート部材Ｗの第１端部Ｗ１を凹部ＧＲの底面に接触させる（ステップＳ９５）。このとき、インサート部材Ｗの中央部ＷＣ及び第２端部Ｗ２は、凹部ＧＲの底面から離間している。

続いてロボットアーム２０は、第１端部Ｗ１を支点として第１端部Ｗ１が凹部ＧＲの底面に接触した状態を維持したままインサート部材Ｗを回転させて、第２端部Ｗ２を凹部ＧＲの底面に接触させる（ステップＳ９６。図８（Ｂ））。

第２端部Ｗ２を凹部ＧＲの底面に接触させた後、第２制御部１０２は、第１制御部１０１からの命令に基づいて、変位手段４０によるインサート部材Ｗの変位を解除し（ステップＳ９７）、更に、インサート部材Ｗの保持を解除する（ステップＳ９８）。インサート部材Ｗの変位を解除するとインサート部材Ｗは元の形状に戻るので、第２端部Ｗ２は方向Ｄ１に延伸し、凹部ＧＲの壁面に当接する（図８（Ｃ））。

以上のステップにより、ロボットシステム１００のロボットアーム２０を用いたインサート部材Ｗの金型Ｍへの嵌合が完了する。

本実施形態によっても、部材を対象物に嵌合させることが可能となる。また部材と対象物とのクリアランスを大きくすることが可能となるから、組み付けに失敗する可能性を低減することも可能となる。

なおステップＳ９１の実行の前に、インサート部材Ｗを加熱してもよい。インサート部材Ｗが加熱することにより弾性変形領域が大きくなる材料からなる場合、加熱することにより弾性変形領域内でインサート部材Ｗを大きく変形させることが可能となる。又は、インサート部材Ｗが、加熱することにより弾性変形量が大きくなる材料からなる場合、加熱することにより、同じ力でインサート部材Ｗを大きく変形させることが可能となる。なお許容される場面においては、インサート部材Ｗをクリープさせてもよい。

なおインサート部材の変位（ステップＳ９２）とインサート部材の保持（ステップＳ９１）は、同時に行われてもよいし、インサート部材の変位（ステップＳ９２）の前にインサート部材を保持（ステップＳ９１）に行われてもよい。他の実施形態においても同様にインサート部材その他の部材を保持する前に部材を予め加熱（予熱）してもよい。

［第５実施形態］

以下、第５実施形態に係るロボットシステムが備えるロボットアームを用いた部材の対象物への挿入方法について説明する。なお第５実施形態に係るロボットシステムは、第１実施形態に係るロボットシステムと同一又は同様のハードウェア構成によって実現することが可能であるから、同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化する。その他、他の実施形態と同一又は同様の構成（行為を含む）であることが当業者に理解できる点については適宜記載を省略、簡略化し、異なる部分を中心に説明する。

本実施形態に係る嵌合方法は、部材を対象物に挿入して嵌合を行う点において、第１実施形態に係る嵌合方法と共通する。

しかしながら第１実施形態に係る嵌合方法が、部材を対象物の凹部に挿入したことと比べて本実施形態に係る嵌合方法は、部材に形成した孔を対象物の突起に挿入する点で相違する。

図１０は、本実施形態に係る嵌合方法を示す模式図である。図１０（Ａ）の紙面下方には側面図が示され、紙面上方にはインサート部材Ｗ１の平面図が示される。この図（Ａ）に示されるように本実施形態に係る部材であるインサート部材Ｗ１には、インサート部材Ｗ１を厚み方向に貫通する少なくとも２つの孔が形成される。第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２は、それぞれ、方向Ｄ１に長軸を有する長孔状（例えば楕円、長円又は長方形状）に形成されている。第１孔Ｈ１と第２孔Ｈ２は、第１方向に離間した位置に形成されている。但し突起Ｐ１及び突起Ｐ２の形状に応じて第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２は異なる形状に形成されてもよい。

一方で本実施形態に係る対象物である金型Ｍ１には、凹部ＧＲ１の底面から立設する第１突起Ｐ１及び第２突起Ｐ２が形成される。第１突起Ｐ１及び第２突起Ｐ２は、例えば、断面が円形状（略円断面）を有する円柱状又は円錐状に形成されていてよい。本実施形態において第１突起Ｐ１及び第２突起Ｐ２は、先端に近づくほど半径が小さい円形状の断面を有するように形成されている。

第１孔Ｈ１、第２孔Ｈ２、第１突起Ｐ１及び第２突起Ｐ２の位置関係について図１０（Ａ）を用いて説明する。

ここで第１孔Ｈ１の内壁のうち、第２孔Ｈ２側（内側）の内壁部を第１孔第１内壁部Ｈ１１と呼び、第２孔Ｈ２と反対側（外側）の内壁部を第１孔第２内壁部Ｈ１２と呼ぶ。第１突起Ｐ１の外壁のうち、インサート部材Ｗ１を取り付ける高さにおける第２突起Ｐ２側（内側）の外壁部を第１突起第１外壁部Ｐ１１と呼び、第２突起Ｐ２と反対側（外側）の外壁部を第２突起第２外壁部Ｐ１２と呼ぶ。

同様に第２孔Ｈ２の内壁のうち、第１孔Ｈ１側（内側）の内壁部を第２孔第１内壁部Ｈ２１と呼び、第１孔Ｈ１と反対側（外側）の内壁部を第２孔第２内壁部Ｈ２２と呼ぶ。第２突起Ｐ２の外壁のうち、インサート部材Ｗ１を取り付ける高さにおける第１突起Ｐ１側（内側）の外壁部を第２突起第１外壁部Ｐ２１と呼び、第１突起Ｐ１と反対側（外側）の外壁部を第２突起第２外壁部Ｐ２２と呼ぶ。

図１０（Ａ）に示されるように、平面図において、第１孔Ｈ１と第１突起Ｐ１とが重なり、第２孔Ｈ２と第２突起Ｐ２とが重なるように金型Ｍ１上にインサート部材Ｗ１を配置したとき、第１孔第１内壁部Ｈ１１と第１突起第１外壁部Ｐ１１との間には隙間がなく（第１孔第１内壁部Ｈ１１よりも第１突起第１外壁部Ｐ１１の方が内側に設けられる場合を含む。）、第１孔第２内壁部Ｈ１２と第１突起第２外壁部Ｐ１２との間には隙間ＣＬ１ができるように、第１孔第２内壁部Ｈ１２が第１突起第２外壁部Ｐ１２の外側に位置するように設けられる。同様に、第２孔第１内壁部Ｈ２１と第２突起第１外壁部Ｐ２１との間には隙間がなく（第２孔第１内壁部Ｈ２１よりも第２突起第２外壁部Ｐ２１の方が内側に設けられる場合を含む。）、第２孔第２内壁部Ｈ２２と第２突起第２外壁部Ｐ２２との間には隙間ＣＬ２ができるように、第２孔第２内壁部Ｈ２２が第２突起第２外壁部Ｐ２２の外側に位置するように設けられる。

他の実施形態と同様に保持手段３０はこのようなインサート部材Ｗ１を保持し、次いで変位手段４０はインサート部材Ｗ１の中央部ＷＣ１を第１端部Ｗ１１及び第２端部Ｗ１２に対して方向Ｄ２に変位させる。

インサート部材Ｗ１は、方向Ｄ２に凸となるように弾性変形するため、インサート部材Ｗの方向Ｄ１における幅は、変位前の状態と比較して小さくなる。その結果、第１孔Ｈ１と第１突起Ｐ１とが重なり、第２孔Ｈ２と第２突起Ｐ２とが重なるように金型Ｍ１上にインサート部材Ｗ１を配置したとき、第１孔Ｈ１に（インサート部材Ｗ１を取り付ける高さにおける）第１突起Ｐ１が囲まれ、第２孔Ｈ２に（インサート部材Ｗ１を取り付ける高さにおける）第２突起Ｐ２が囲まれるようにインサート部材Ｗ１を変形することが可能となる。

このとき、平面視において、第１孔第１内壁部Ｈ１１と第１突起第１外壁部Ｐ１１との間に隙間が生じ、第１孔第２内壁部Ｈ１２と第１突起第２外壁部Ｐ１２との間には依然として隙間が生じ、第２孔第１内壁部Ｈ２１と第２突起第１外壁部Ｐ２１との間に隙間が生じ、第２孔第２内壁部Ｈ２２と第２突起第２外壁部Ｐ２２との間には依然として隙間が生じる。

次いでインサート部材Ｗ１を方向Ｄ２に凸となるように弾性変形させた状態を維持しながら、ロボットアーム２０は、インサート部材Ｗ１を方向Ｄ２の反対方向である方向Ｄ３に移動させて、第１孔Ｈ１を第１突起Ｐ１に挿入し、かつ、第２孔Ｈ２を第２突起Ｐ２に挿入する（図１０（Ｂ））。

そしてインサート部材Ｗ１が、第１突起Ｐ１及び第２突起Ｐ２を取り付ける高さにおける高さに到達すると、第２制御部１０２は、第１制御部１０１からの命令に基づいて、変位手段４０によるインサート部材Ｗ１の変位を解除させる。その結果、インサート部材Ｗ１は方向Ｄ１に延伸する。このため第１孔Ｈ１の内壁のうち第２孔Ｈ２側の内壁である第１孔第１内壁部Ｈ１１は、第１突起第１外壁部Ｐ１１に当接する。第２孔Ｈ２の内壁のうち第１孔Ｈ１側の内壁である第２孔第１内壁部Ｈ２１は、第２突起第２外壁部Ｐ２１に当接する（図１０（Ｃ））。一方で第１孔第２内壁部Ｈ１２と第１突起第２外壁部Ｐ１２との間にはクリアランスが生じる。同様に第２孔第２内壁部Ｈ２２と第２突起第２外壁部Ｐ２２との間にはクリアランスが生じる。

従ってインサート部材Ｗ１を金型Ｍに嵌合することが可能となる。

なおインサート部材Ｗ１の方向Ｄ１における幅が小さい場合は、ロボットアーム２０がインサート部材Ｗ１の方向Ｄ１における両端部を挟むことにより、インサート部材Ｗ１を変形させてもよい。

その後、金型Ｍを別の金型で閉塞して、キャビティに樹脂等を射出等してインサート成形を実行することにより、部品を製造することができる。

また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。例えば保持手段３０と変位手段４０は、構成部品の一部を共通化させてもよい。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。

１０ 制御装置
１０Ａ 開始位置取得部
１０Ｂ 目標位置取得部
１０Ｃ 許容範囲取得部
１０Ｄ 経路取得部
１０Ｅ 制御命令取得部
１０Ｆ 記憶部
２０ ロボットアーム
３０ 保持手段
３２ 吸着パッド
３４ 接続チューブ
３６ 支持体
３８ 接触部
４０ 変位手段
４２ ソレノイド
４４ バネ
４６ 筐体
４８ 接触部
４８Ｃ 中央部
５０ 教示装置
１００ ロボットシステム
１０１ 第１制御部
１０２ 第２制御部
１４０ 変位手段
１４２ 偏心カム機構
２３０ 保持手段
２３２ マグネット
４８１ 第１接触部
４８２ 第２接触部

Claims (9)

1. 第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させる方法において、
   ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、
   前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、
   前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記部材の前記第１方向の端部を前記対象物の壁面に接触させながら、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させて前記対象物に挿入するステップと、
   前記変位手段による変位を解除するステップと
   を含む方法。
2. 前記ロボットアームは、柔軟性を有する駆動機構を備える、
   請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも２つの孔が形成される前記部材を少なくとも２つの突起が形成される前記対象物に嵌合させる方法であって、
   前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記対象物に挿入することは、
   前記ロボットアームが前記部材を移動させて前記２つの孔の一方の第１孔を、前記２つの突起の一方の第１突起に挿入し、かつ、前記２つの孔の他方の第２孔を、前記２つの突起の他方の第２突起に挿入することを含み、
   前記変位手段による変位を解除することは、
   前記変位手段による変位を解除して、前記第１孔の内壁のうち、前記第２孔側の内壁を前記第１突起に当接させ、かつ、前記第２孔の内壁のうち、前記第１孔側の内壁を前記第２突起に当接させることを含む
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１孔及び前記第２孔は、前記第１方向に長軸を有する長孔状に形成されており、
   前記第１突起及び前記第２突起は、略円断面を有する円筒状乃至円錐状に形成される部分を含む
   請求項３に記載の方法。
5. 前記保持手段は、
   前記部材の前記略中央部を保持するための負圧発生手段、
   前記部材の前記略中央部を保持するための電磁力発生手段、
   前記部材の前記略中央部を保持するための静電気力発生手段、又は、
   前記部材の前記略中央部を保持するためのファンデルワールス力発生手段の少なくとも何れか一つを備える請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記変位手段は、
   前記部材の前記第１方向の両端部に当接することにより前記第１方向の両端部の前記第２方向への移動を規制する手段と、
   前記保持手段を前記第２方向に移動させる手段と
   を含む請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
7. 第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを備えた装置において、
   前記ロボットアームは、
   前記部材を保持するための保持手段と、
   前記部材の前記第１方向の略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるための変位手段と、
   前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記部材の前記第１方向の端部を前記対象物の壁面に接触させながら、前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させて前記対象物に挿入するための移動手段とを備え、
   更に前記変位手段による変位を解除するための解除手段を備える
   装置。
8. 第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを制御する制御装置において、
   前記ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、
   前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、
   前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記部材の前記第１方向の端部を前記対象物の壁面に接触させながら、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させて前記対象物に挿入するステップと、
   前記変位手段による変位を解除するステップと
   を実行可能に構成される制御装置。
9. 第１方向に延在する部材を対象物に嵌合させるためのロボットアームを制御する制御命令を生成させるためのコンピュータプログラムにおいて、
   前記ロボットアームの保持手段が前記部材を保持するステップと、
   前記保持手段が前記部材の前記第１方向の少なくとも略中央部を保持しつつ、前記ロボットアームの変位手段が前記部材の前記略中央部を前記第１方向の端部に対して前記第１方向と垂直な第２方向に相対的に変位させるステップと、
   前記変位手段が前記部材を変位させた状態で、前記部材の前記第１方向の端部を前記対象物の壁面に接触させながら、前記ロボットアームが前記部材を前記第２方向と反対の第３方向に移動させて前記対象物に挿入するステップと、
   前記変位手段による変位を解除するステップと
   を実行させるための制御命令を生成させる
   コンピュータプログラム。

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