JPH01222881A - ロボットによりピンに筒状部材を嵌入する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロボットにより、ピンに筒状部材を嵌入す
る方法に関し、より詳細には、ロボットがパレットに立
設されたピンの位置を検出し、さらにピンの位置に誤差
があっても筒状部材の孔をピンに合致させて嵌入するこ
とのできる方法に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車その他の工場で筒状の部材を焼入れ加工等する場
合、パレットに多数のピンを適当な間隔にあけて立設し
、これらのピンに当該部材を嵌入させた状態でパレット
ごと加熱処理をするという方法が採られている。この際
に各ピンに当該筒状部材を嵌入させる作業は、従来、人
間が手作業によって行っていた。このため、作業に手間
がかかると共に作業に要する時間も長（なり、生産コス
トの上昇にもつながるので、この作業をロボットによっ
て行わせることが要請されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ロボットによって嵌入作業をするために
は、各ピンの位置を検出し、筒状部材の孔をピンの先端
と合致させ、その状態で筒状部材を下降して嵌入する、
という各段階を経る必要がある。しかも、各ピンは、パ
レットの片面にそれに直角となるよ−うにかつ所定の間
隔をおいて配置されろか、ピンの取付けの際の誤差によ
り、パレットとの直角度およびピンの取付は位置が必ず
しも正確でない、このため、ロボット自身が実際のピン
の位置を認識して嵌入作業を行わなければならない、こ
の認識の方法として、視覚を利用する方法すなわちテレ
ビカメラ等によってロボットにピンの位置や状態を視覚
的に認識させる方法があるが、これは非常にコスト高と
なるため実際的ではない。

そこで、この発明は、上述したような筒状部材をピンに
嵌入する作業をロボットにより行わせる場合に、ピンの
位置に誤差があってもそれを確実に検出することができ
ると共に筒状部材の孔をピンに合致させて嵌入すること
ができ、しかも低コストで実施することができる方法を
提起することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明では次のような技術
的手段を講じている。

すなわち、片面にピンを立設すると共に当該ピンを取り
囲むように枠を設けて成るパレットと、力とモーメント
を感知するセンサを介してワークを掴むようにしたロボ
ットを備え、当該ロボットによりピンに筒状部材を嵌入
する方法であって、ピンの所定の取付位置と一定の距離
的関係にある基準位置にワークを移動させる段階と、上
記基準位置にあるワークをピンに向かって移動させ、ワ
ークの開口を有する端面がピンの先端に当接した際にワ
ークに作用するワークの長軸方向の力を上記センサによ
って感知して、ワークを停止させると共にピン先端の位
置をロボットに認識させる段階と、 上記ワークとピンとの当接の際にワークに生じ　−る、
ワークの長軸に直角な方向の軸の周りのモーメントを上
記センサによって感知し、これらのモーメントのうちの
１つが０となる方向をロボットに認識させることによっ
てワークの長軸周りの螺旋運動の方向を決定する段階と
、 上記決定に従って、上記ワークとピンの当接位置を始点
としてワークに右回りあるいは左回りの螺旋運動をさせ
る段階と、 ワークに長軸方向に作用する力がほぼ０となるのを上記
センサによって感知し、ワークをピンに嵌入させる段階
と、 ワークがその孔に挿入されたピンから受けるモーメント
を上記センサによって感知して螺旋運動を修正する段階
と、 から成っている。

〔作用〕

基準位置は、ピンの所定の取付位置と一定の距離的関係
にあるので、基準位置に来るとワークは、ロボットが記
憶している通りピンに向かって移動される。そして、ワ
ークの開口を有する端面がピンの先端に当接すると、ワ
ークはピンからその長軸方向に力を受けるので、この力
がセンサによって感知され、ワークを停止させると共に
ピンの先端の位置がロボットに認識される。

次に、ワークはその長軸周りに螺旋運動を行い、ワーク
の開口がピンの先端に合致すると、ワークはピンに沿っ
て移動されて嵌入が行われる。ワークの螺旋運動は、予
め設定されており、その長軸周りに右方向あるいは左方
向に行われるが、その回転の方向は、ワークがピンに当
接した際にワークに生じるモーメントのうちの１つが０
となる方向に合致するように決定される。また、ワーク
の開口がピンの先端に合致すると、ワークに長軸方向に
作用する力がほぼ０となるので、これがセンサによって
感知され、ワークはピンに嵌入される。

ワークがピンに嵌入され始めると、ワークの長軸に直角
な方向の運動はピンに□よって拘束される、このため、
ピンからワークが受けるモーメントをセンサによって感
知して螺旋運動を修正し、嵌入力、嵌入位置・角度を補
正して嵌入が滑らかに行われるようになっている。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の方法の実施例につい
て説明する。

第２図において、（１）は水平に置かれたパレットであ
り、矩形平板状のプレート部（２）と、その周縁部に立
設された支持杆（３）によって支持された、プレ、−ト
部（２）に平行な枠（４）から構成されている。枠（４
）は、さら、に内側が区切られて４つの矩形のエリア（
５）に分けられている。また、プレート部（２）には、
複数のピン（６）がプレート部（２）にほぼ直角に立設
されているが、各ピン（６）は上記各エリア（５）内に
整列して配置されている。すなわち、この実施例では、
第３図に見るように各エリア（５）に４本のピン（６）
が相互に所定の距離をおいて、かつ枠（４）の内側縁か
ら一定の距離をおいて並設されている。

（７）はロボットのアームで、先端には力とモーメント
を感知するセンサ（８）が取り付けてあり、ロボットの
グリッパ（９）はこのセンサ（８）を介してアーム（７
）に取り付けである。グリッパ（９）は、円筒状部材の
ワーク（１０）　の上端を掴むようになっており、ワー
ク（１０）をその長軸を垂直に保持して移動することが
できるようになっている。このロボットは、長軸が垂直
となるように置かれた多数の円筒状部材からグリッパ（
９）によって１つを取り上げ、パレット（１）の上方ま
で移動した後、各ピン（６）の位置を検出しながら長軸
方向に形成された孔をピン（６）に嵌入するという作業
を行うものである。

なお、ｘ、ｙ、ｚの３軸を第２図のように定めると、パ
レット（１）はＸ−Ｙ平面上にあり、ピン（６）はＺ軸
方向に延びていることになる。

次に、ロボットの作動について説明する。

まず、パレット（１）を第２図に示すように水平に置く
と、ロボットは、グリッパ（９）によって円筒状部材の
１つすなわちワーク（ｌＯ）を掴んで取り上げ、パレッ
ト（１）の嵌入すべきピン（６）のあるエリア（５）の
上方に予め設定した基準点まで移動する。そして、各ピ
ン（６）の位置を検出するため、ワーク（１０）　は以
下のように移動される。

第３図に見るように、ワーク（１０）は上記基準点より
下降すなわち−Ｚ方向に移動し、作業開始位置（ＴＰＩ
）で停止する。この位置（ＴＰＩ）は、グリッパ（９）
によって保持されているワーク（１０）が水平方向に移
動すると、枠（４）に当接するような位置であればよい
、続いて、ワーク（１０）は、Ｘ軸に沿って＋Ｘ方向に
移動し、枠（４）に当接すると、ワーク（１０）に作用
する力をセンサ（８）が感知して発生する信号によって
、ロボット・アーム（７）は停止される。このとき、ワ
ーク（１０）は境界位置（ＳＰＩ）にあり、この位置は
ロボットに認識されると共に記憶される、境界位置（Ｓ
ＰＩ）に達すると、ワーク（１ｏ）はＹ軸に沿って−Ｙ
左方向移動し、枠（４）に当接すると上記と同様にして
ロボット・アーム（７）は停止する。このときのワーク
（１０）の位置は、境界位置（ＳＦ３）である。

このようにして、エリア（５）を形成する枠（４）の位
置がロボットにより認識されると、ロボットは予め測定
し記憶されている枠（４）ないしエリア（５）の寸法や
形状に基いてエリア（５）の中心位置（ＴＰ２）を算出
し、ワーク（１０）を中心位置（ＴＰ２）まで移動する
。この段階の動作のフローチャートは、第４図に示す通
りである、なお、このとき、同時に他のエリア（５）の
中心位置も算出される。

次は、エリア（５）内の基準位置を検出する段階である
。この段階では、前段階でエリア（５）の中心位置（Ｔ
Ｐ２）に置かれたワーク（ｌＯ）が、第５図に見るよう
にまず、ｘ−Ｙ平面（水平面）に平行でＸ軸に対して４
５＠の角度をなす方向に移動される。ワーク（１０）が
、位置（ＳＦ３）でＸ軸に平行な枠（４）に当接すると
、このときにワーク（ｌＯ）に生じる力をセンサ（８）
が感知し、ワーク（１０）は＋Ｘの方向に枠（４）に沿
って移動される。そして、Ｙ軸に平行な枠（４）に枠（
４）ないしエリア（５）の角部で当接すると、ワーク（
１０）にはＸ軸方向とＹ軸方向の力が同時に加わるので
、ここでワーク（１０）は停止する。

この位置が基準位置（ＳＦ３）で、この実施例では、ワ
ーク（１０）がＸ軸とＹ輪画方向の力を同時に受ける位
置として枠（４）ないしエリア（５）の角部としである
が、これに限られるものではなく、中心位？＆（ＴＰ２
）と一定の距離的関係のある位置ならば、任意の位置に
設定することができる。基準位置（ＳＦ３）のＸＳＹ座
標は、ロボットに認識され記憶される。

続いて、ワーク（ｌＯ）は、上記基準位置（ＳＦ３）か
ら下降すなわち一２方向に移動する。これは、基準位置
（ＳＦ３）の下方にピン（６）が設けてあり、ワーク（
１０）を基準位置（ＳＦ３）から真下に下降させればワ
ーク（１０）の下端がピン（６）の先端に当接するよう
に設定されているためである。ワーク（１０）の下端が
ピン（６）の先端に当接すると、ワーク（１０）に生じ
るＺ軸方向の力をセンサ（８）が感知してワーク（１０
）の移動は停止される。ここで、ロボットはピン（６）
の先端の位置を認識し、その２座標を記憶する。

以上のようにして、ロボットはピン（６）の位置を検出
するが、ここまでの作動のフローチャートは第８図に示
すとおりである。この中で「手首軸回転」とあるのは、
センサ（８）とグリッパ（９）の取り付けられているロ
ボット・アーム（７）の手首を軸の周りに回転させてセ
ンサの座標軸を４５°回転させることを意味し、「嵌入
口数カウント」とあるのは、円筒状部材をピン（６）に
嵌入した回数を数えることを意味する。

次に、ピン（６）の先端の位置を認識したロボットは、
ワーク（１０）の開口をピン（６）に合致させるため、
ワーク（１０）をピン（６）先端に当接させたままでワ
ーク（ｌＯ）に長軸周りの螺旋運動を１行わせる。この
螺旋運動は、予めロボットに記憶させておくものであり
、最初にワーク（ｌＯ）がピン（６）先端に当接した位
置を始点とし、第９図に見るように、ワーク（１０）の
中心が右回りあるいは左回りで螺旋を描きながら徐々に
移動して、ワーク（１０）の開口をピン（６）に合致さ
せるように設定される。

螺旋運動の方向は、当接時にワーク（１０）がピン（６
）から受けるモーメントを利用して決定される。すなわ
ち、ワーク（ｌＯ）がピン（６）の先端に当接した時、
ピン（６）の先端の位置がワーク（１０）の開口の位置
と一致していないので、ワーク（ｌＯ）にはＸ軸周りや
Ｙ軸周りのモーメントＭＸ　、Ｍｖが作用する。そこで
、これらのモーメントＭｌ　、ＭＹのいずれか（この実
施例ではＭ。

）かほぼＯになる方向を、センサ（８）の座標軸を回転
させることによってロボットに認識させ、その方向に応
じて螺旋運動の方向を決定するのである。

こうして決定された螺旋運動の方向に従って、ワーク（
１０）はＸ−Ｙ平面に平行な面すなわち水平面内で螺旋
運動を行う。ワーク（１０）の開口がピン（６）に合致
したとき、ワーク（１０）に作用するＺ軸方向の力Ｆ２
は０となるため、ロボットはこれをセンサ（８）によっ
て感知してワーク（１０）の下降運動を開始する。こう
してワーク（１０）のピン（６）への嵌入が行われる。

ここまでの作動のフローチャートは、第１０図に示す通
りである。

次の段階は、ワーク（ｌＯ）を嵌入する力およびその方
向の修正をする段階である。すなわち、ワーク（１０）
がピン（６）に嵌入され始めると、ワーク（１０）の螺
旋運動は、水平面内でピン（６）によって拘束されるの
で、滑らかに嵌入が行われない。このため、この拘束力
をなぐすように螺旋運動を修正するのである。この修正
は、ワーク（１０）がピン（６）から受けるＸ軸および
Ｙ軸周りのモーメントＭｘ　−Ｍｖをセンサ（８）によ
って感知し、これらのモーメントのうちの１つを０とす
るように行われる。この作動のフローチャートは、第１
１図に示している通りである。

嵌入が完了すると、グリッパ（９）は開放され、ロボッ
ト・アーム（７）は上昇して次のワーク（１０）を掴む
ために円筒状部材の置いである場所まで移動する。この
とき、カウンタが数値を１だけ減じ、カウンタが０にな
ったときに作業は終了する。次のワーク（１０）を掴ん
だロボット・アーム（７）は、第８図に示すように、上
記したエリア（５）の中心位置（ＴＰ２）まで移動し、
以後は上記と同様の段階を経て次のピン（６）に嵌入さ
れる。

なお、第１２図に示すように、ピン（６）の傾斜が大き
い場合には、ロボット・アーム（７）にワーク（ｌＯ）
を傾斜させる機能を設ければ、このような場合にも嵌入
作業を行うことが可能となる。

ところで、ワーク（１０）を下降させても全くセンサ（
８）からの信号がない場合は、゛たとえばピン（６）が
折れてしまっていた場合や大きな取付位置の誤差のため
に嵌入できなかった場合であるが、この場合には、グリ
ッパ（９）の開放をすることなくロボット・アーム（７
）を再び上昇させ、他のピン（６）に嵌入させるように
することが可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、ピン（６
）の位置に誤差があってもロボットがそれを確実に検出
することができるのみならず、筒状部材のワーク（１０
）の孔をピン（６）に合致させて嵌入することができ、
しかもセンサ（８）を用いるのみでよいので低コストで
実施できる等、優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法の一実施例を示すフローチャ
ート、第２図は、この発明の方法を実施する装置の一実
施例を示す概略図、第３図は、枠のエリアの中心位置を
決定する段階のワークの動きを示すパレットの部分拡大
平面図、第４図は、第３図の段階の動作を示すフローチ
ャート、第５図、基準位置を検出する段階のワークの動
きを示すパレットの部分拡大平面図、第６図は、ワーク
が基準位置にあるときの状態を示す第５図と同様の図。 第７図は第６図の状態の部分拡大正面図。 第８図は、基準位置の検出とピン先端位置の検出の段階
の動作を示すフローチャート、第９図は、ワークの螺旋
運動の一例を示す図で、第９（ａ）図は平面図、第９（
ｂ）図は正面図、第１０図は、ワークの螺旋運動の方向
の決定から嵌入の開始までの段階の動作を示すフローチ
ャート、第１１図は、嵌入開始から終了までの動作を示
すフローチャート。第１２図は、傾斜したピンにワーク
が嵌入を始めた状態を示す正面断面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、片面にピンを立設すると共に当該ピンを取り囲むよ
   うに枠を設けて成るパレットと、力とモーメントを感知
   するセンサを介してワークを掴むようにしたロボットを
   備え、当該ロボットによりピンに筒状部材を嵌入する方
   法であって、 ピンの所定の取付位置と一定の距離的関係にある基準位
   置にワークを移動させる段階と上記基準位置にあるワー
   クをピンに向かって移動させ、ワークの開口を有する端
   面がピンの先端に当接した際にワークに作用するワーク
   の長軸方向の力を上記センサによって感知して、ワーク
   を停止させると共にピン先端の位置をロボットに認識さ
   せる段階と、 上記ワークとピンとの当接の際にワークに生じる、ワー
   クの長軸に直角な方向の軸の周りのモーメントを上記セ
   ンサによって感知し、これらのモーメントのうちの１つ
   が０となる方向をロボットに認識させることによって、
   ワークの長軸周りの螺旋運動の方向を決定する段階と、 上記決定に従って、上記ワークとピンの当接位置を始点
   として右回りあるいは左回りの螺旋運動をさせる段階と
   、 ワークに長軸方向に作用する力がほぼ０となるのを上記
   センサによって感知し、ワークをピンに嵌入させる段階
   と、 ワークがその孔に挿入されたピンから受けるモーメント
   を上記センサによって感知して螺旋運動を修正する段階
   と、 から成ることを特徴とする方法。