JPH0425329A

JPH0425329A - 組立装置

Info

Publication number: JPH0425329A
Application number: JP12964890A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nakada; 康之中田; Katsushi Nishimoto; 西本　克史; Hitoshi Komoriya; 均小森谷; Yasuki Yamamoto; 山本　泰機
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-20
Filing date: 1990-05-20
Publication date: 1992-01-29

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】〔概要〕部品の穴と軸を挿入して組み立てる組立装置に関し、力制御で積層作業を行ったときの開始位置および終了位
置を求め、次回以降はこれらの位置を用いて位置制御に
よって積層作業を行ったり、挿入開始位置で穴と軸とを
同心状に位置づけた後に挿入したりし、作業スピードの
向上、発塵を少なくすることを目的とし、力制御で当初部品の穴と軸を挿入し、このときの挿入を
開始した開始位置および終了した終了位置を求め、次回
以降、これらの開始位置および終了位置をもとに位置制
御によって部品の穴と軸を順次積層する態様で挿入する
ように構成する。また、部品の穴と軸をわずかに挿入し
た状態で、力制御のもとで穴と軸を当該穴の半径方向の
ある方向およびこれの反対方向につきあてたときのそれ
ぞれの位置を求めて中点の位置に移動、更に上記ある方
向に直角方向およびこれの反対方向につきあてたときの
それぞれの位置を求めて中点の位置に移動した後、挿入
するように構成する。

（産業上の利用分野〕本発明は、部品の穴と軸を挿入して組み立てる組立装置
に関するものである。ロボットによって部品の組立作業
などを行う際に、位置ずれを吸収して行うことが望まれ
ている。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕積層作業
を位置制御ロボットで行う場合、積層毎に異なる軸の装
着状態に応じて位置指令を生成する必要がある。しかし
、積層を始める前に、視覚装置などで軸の正確な位置を
検出することが現状では難しいため、位置制御ロボット
では、位置ずれを吸収するような特殊な装Ｗ（例えばＲ
ＣＣ（バネ）など）が必要となる。ＲＣＣを用いたとし
ても、例えばディスクの穴を軸に装着する場合、位置ず
れによりディスクの穴と軸との間に接触力が働き、塵埃
を住しるという問題があった。また、積層作業を第８図
構成の力制御ロボットで行う場合、制御対象３１である
マニプレータによってディスクを持って軸に順次積層す
る際に、当該マニプレータの先端に取り付けた力検出部
（６軸力覚センサ）３２によって検出したディスクの穴
が軸に接触した接触力Ｆを零にするように、力制御部３
３が操作部３４に操作指令を送り、制御対象３１を制御
するようにしている。この力制御によれば、接触力をほ
ぼ零にすることが可能であるが、力制御の応答速度以上
に積層作業などのスピードを上げることができず、高速
に作業できないという問題があった。

また、穴の空いた部品（例えばディスク）に軸を挿入、
穴の空いた部品を軸に挿入するといったはめあい作業を
行う場合、穴と軸との位置決め誤差を吸収するために、
コンブラインアンス制御が行われている。これは、ＲＣ
Ｃ（バネ）に代表される純機械式のコンプライアンス制
御や、力検出部（力覚センサ）３２を用いたカフィード
バック制御によるコンプライアンス制御のいずれでもよ
いが、穴と軸とが面取りの範囲に入りさえすれば、マニ
プレータ（手先）の柔らかさで挿入するというものであ
る。また、挿入中も部品同士の接触が柔らかいため、か
じり、こじりが起きず、接触力も小さい、しかし、クリ
ーン度を要求する装置では、コンプライアンス制御であ
っても、はめあい開始時に、軸が穴の中心になく接触し
てゴミを発生するという問題があった。

本発明は、力制御で積層作業を行ったときの開始位置お
よび終了位置を求め、次回以降はこれらの位置を用いて
位置制御によって積層作業を行ったり、挿入開始位置で
穴と軸とを同心状に位置づけた後に挿入したりし、作業
スピードの向上、発塵を少なくすることを目的としてい
る。

〔課題を解決する手段〕

第１図は、本発明の原理ブロフク図を示す。

第１図（イ）において、制御対象ｌは、操作部６が制御
する対象であるマニプレータ、ハンドなどである。

力検出部２は、制御対象１が受ける力を検出するもので
ある。

力制御部３は、力検出部２によって検出される力および
指令された設定力Ｆ０などをもとに操作部６を制御して
制御対象ｌを力制御するものである。

操作部６は、制御対象ｌを力制御、位置制御するもので
ある。

位置検出部７は、制御対象１の位置を検出するものであ
る。

位置制御部９は、位置検出部７によって検出される位置
および指令された位１　ｘ　ｏなどをもとに操作部６を
制御して制御対象１を位置制御するものである。

制御指令生成部１０は、力指令を力制御部３に設定、位
置指令を位置制御部９に設定したり各種制御を行うもの
である。

第１図（ロ）において、部品２３、部品２４は、穴、軸
を持つ部品である。

力覚センサ２２は、部品２３をつかんだハンド２５が部
品２４に接触した力を検出するものである。

〔作用〕

本発明は、第１図（イ）に示すように、制御指令生成部
ｌＯが指令力Ｆｏ、パラメタを力制御部３に設定し、操
作部６を介して制御対象１を力制御したもとで当初部品
の穴と軸を挿入し、このときの挿入を開始した開始位置
および終了した終了位置を位置検出部７によって検出し
、次回以降、これらの開始位置および終了位置をもとに
制御指令生成部１０が位置指令Ｘ０、パラメタを位置制
御部９に設定し、操作部６を介して制御対象１を位置制
御したもとで部品の穴と軸を順次挿入するようにしてい
る。また、第１図（ロ）に示すように、部品２３、部品
２４の穴と軸をわずかに挿入した状態で、穴と軸を当該
穴の半径方向のある方向およびこれの反対方向につきあ
てたときのそれぞれの位置を求めて中点の位置に移動、
更に上記ある方向と直角方向およびこれの反対方向につ
きあてたときのそれぞれの位置を求めて中点の位置に移
動して同心状にした後、挿入するようにしている。

従って、力制御で積層作業を行ったときの開始位置およ
び終了位置を求め、次回以降はこれらの位置を用いて位
置制御によって積層作業を行ったり、挿入開始位置で穴
と軸を同心状に位置づけた後に挿入したりすることによ
り、部品の組立作業スピードを向上したり、発塵を少な
くしたりすることが可能となる。

〔実施例〕

次に、第１図（イ）、第２図ないし第５図を用いて本発
明の１実施例の構成および動作を順次詳細に説明する。

第１図（イ）において、制御対象１は、制御する対象で
あって、ハンド、マニプレータなどである。

力検出部２は、制御対象１である例えばハンドが保持し
た部品が他の部品に接触したときに受ける力を検出する
ものであって、６軸力覚センサなどである。

力制御部３は、力検出部２によって検出される力および
指令された設定力Ｆ０の和が所定値（例えば零）になる
ように操作部６を制御して制御対象１を力制御するもの
である。

位置検出部７は、操作部６によって制御される制御対象
１の位置を検出するものである。

位置制御部９は、位置検出部７によって検出される位置
および指令された位置Ｘ０の和が零になるように操作部
６を制御し、制御対象１を位置制御するものである。

制御指令生成部１０は、力指令を力制御部３に設定した
り、位置指令を位置制御部９に設定したり各種制御を行
うものである。

位置記憶部１１は、力制御のもとで当初部品の穴と軸を
挿入し、このときに位置検出部７によって検出された挿
入を開始した開始位Ｋｐｓおよび終了した終了位１ｐｔ
を記憶するものである。

第２図は、本発明の１実施例構成図を示す。

第２図において、マニプレータ１−１は、第１図制御対
象１に対応するものであって、部品を保持して組立作業
、はめあい作業などを行うためのものである。

力検出部２は、マニプレータ１−１の先端に取り付けた
力覚センサ（６軸力覚センサ＞２ａ、およびこの力覚セ
ンサ２ａで検出した力Ｆｈを基準座標系に変換する座標
変換部２ｂから構成されるものである。

力制御部３は、力検出部２で検出して基準座標系に変換
した力Ｆと、当該力制御部３に設定された力指令Ｆ０と
の差（Ｆ　　Ｆｏ）を、一定値（例えば零）にするよう
に操作部６に指令を送り、マニブレータ１−１をフィー
ドバック制御するものである。この際、上記差（Ｆ−Ｆ
、）にカフィードバックゲインＣｆを乗算した結果Ｖｆ
と、位置制御部９によって位置の差（Ｘ−ＸＯ）に位置
フィードバックゲインＣｐを乗算した結果Ｖｐ（力制御
を行う場合は、Ｃｐ＝０と設定するので、Ｖｐ＝０）と
を加算部４で加算したＶｋを生成し、このＶｋについて
逆ヤコビ変換部５によってマニプレータ１−１の各関節
の角速度に変換し、操作部６に供給する。

操作部６は、逆ヤコビ変換部５から供給された角速度を
もとに、補償器６ｄ、Ｄ／Ａ６Ｃ、パワーアンプ６ｂ、
モータ６ａを介してマニプレータ１−１を力制御、位置
制御などするものである。

補償器６ｄは、タコメータ７ｂから通知された角速度、
エンコーダ及カウンタ７ａから通知された角度をもとに
フィードバックする態様でモータ６ａを制御するもので
ある。

位置検出部７は、モータ６ａによって駆動されたマニプ
レータ１−１の位置（角度θ１、角速度）を検出するも
のである。

座標変換部８は、位置検出部７によって検出された角度
θＳを、基準座標系の位ｉｘに変換するものである。

位置制御部９は、座標変換部８によって変換された基準
座標系の位ＺＸと、位置指令Ｘ０との差（ＸＸｏ）が零
となるように操作部６を制御するものである。この際、
差（ＸＸｏ）に位置フィードバンクゲインＣｐを乗算し
たＶｐと、既述した力制御部３によるＶｆとを加算部４
で加算したＶｋについて、逆ヤコビ変換部５によってマ
ニプレータ１−１の各関節の角速度に変換し、フィード
バックするＧ様で制御するようにしている。

尚、力制御の場合には、位置フィードバックゲインＣｐ
を零に設定し、力制御部３からのＶｆについて操作部６
にフィードバック制御を行う。一方、位置制御する場合
には、カフィードバックゲインＣｆを零（あるいは小さ
な値）に設定し、位置制御部９からのＶｐについて操作
部６にフィードバンク制御を行う。

制御指令生成部１０は、（１）力指令Ｆ６、パラメタ（
カフィードバックゲインＣｆなど）　、＋２１位置指令
Ｘ０、パラメタ（位置フィードバンクゲインＣｐなど）
　、（３１現在位［Ｘの受信、（４）部品の穴を軸に挿
入を開始した開始値１ｉｐｓ　、終了した終了位置Ｐ、
の受信などを行うものである。

ディスク枚数カウンタ１０−１は、部品であるディスク
の穴を軸に挿入したときの当該ディスクの枚数をカウン
トするものである。このディスク枚数カウンタ１０−１
の値が１のときく第４図Ｏ）、力制御のもとでディスク
の穴を軸に挿入し、値が２以上のとき（第４図［相］参
照）、位置制御にに切り換えて（第４図［相］）、規定
枚数になるまで順次ディスクを挿入するようにしている
。

位置記憶部１１は、−枚目のディスクの穴を力制御のも
とで軸に挿入して積層したときに、当該積層を開始した
ときの開始値ＭＰ、および積層を終了したときの終了位
置Ｐえを記憶するものである。

第３図は、本発明の動作説明図を示す。

第３図（イ）は、力制御時の積層作業の様子を示す。こ
れは、軸がずれていた場合のものであって、−枚目のデ
ィスクの穴を軸に力制御でわずか挿入した開始位置Ｐ、
を記憶、および挿入を終了した終了位置Ｐ、を記憶する
。そして、二枚目以降の積層時に記憶した開始位置Ｐ、
および終了位置ＰＥをもとに位置制御で挿入を行う。

第３図（ロ）は、位置ずれがないときの軸の様子を示す
。この場合には、開始位置Ｐ、および終了位置Ｐ、のう
ちの軸と直角方向の位置が同一であり、図上で上方向か
ら下方向にディスクを挿入すればよい。尚、第３図（イ
）の場合には、図上で上方向から下方向にディスクを挿
入する際に、軸と直角の方向に位置を開始値ｉｔ　ｐ　
ｓおよび終了位ＷＰＥをもとに移動させるように位置制
御する。

次に、第４図フローチャートに示す順序に従い、第２図
構成の動作を詳細に説明する。

第４図において、■は、軸の装着を行う、これは、第２
図マニブレーク１−１の先端にディスクを装着、および
台に当該ディスクの穴を挿入して積層する軸を装着する
。

＠は、ディスク枚数カウンタ１０−１に１をセットする
。これは、−枚目のディスクを積層する旨を設定する。

■は、位置制御ループをカントし、カフィードバックゲ
インＣｆをセットする。これは、位置フィードバックゲ
インＣｐを零に設定して位置制御ループを働かなくし、
力制御のみが働くように設定する。

［相］は、ｎ方向の力指令Ｆｏを生成し、力制御部３へ
転送（設定）する。これは、ディスクを軸に積層を行お
うとする方向（ｎ方向）の力指令Ｆ０を生成し、力制御
部３に設定する。

［相］は、ロボットの先端位置Ｐ、を位置記憶部１１に
格納する。

［相］は、ｎ方向の力が設定力Ｆ０に達したか否かを判
別する。ＹＥＳの場合には、■を行う。Ｎ。

の場合には、［相］を繰り返し行う。

■は、ロボットの先端位置Ｐ４を位置記憶部１１に格納
する。

［相］は、ディスク枚数カウンタ１０−１に１を加算す
る。

［相］は、力制御ループをカントし、位置フィードバン
クゲインＣｐをセットする。これは、カフィードバック
ゲインＣｆを零に設定して力制御ループを働かなくし、
位置制御のみが働くように設定する。

［相］は、位置制御で積層作業を行う。これは、■で位
置記憶部１１に格納した挿入を開始した開始位？！ｐ、
および挿入を終了した終了値Ｗｐｔをもとに、二枚目以
降についてディスクの穴を軸に位置制御のもとで高速に
積層作業を順次行う。

■は、ディスク枚数カウンタ１０−１の値が規定枚数に
達したか否かを判別する。ＹＥＳの場合には、規定枚数
に達して積層作業が終わったので、■でディスク枚数カ
ウンタ１０−１をリセツトし、■で積層された軸を台か
らはずし、一連の積層作業を終了する。一方、ＮＯの場
合には、［相］以降を繰り返し行う。

以上のように、−枚目のディスクの穴を軸に力制御のも
とで挿入したときの挿入を開始した開始位置Ｐ、および
挿入を終了した終了値ＭＰ、を記憶しておき、二枚目以
降についてこれら開始位置Ｐ、および終了値ＷＰｆをも
とに位置制御によってディスクの穴を軸に高速に挿入し
て積層することにより、たとえ軸が若干ずれたり、傾い
ていても、最初の一枚目の挿入時に力制御のもとでその
位置を見つけ出し、二枚目以降はこれらの位置をもとに
位置制御で高速に積層作業を行うことが可能となる。

第５図は、積層時の力と位置の時間履歴例を示す。ここ
で、横軸のｔｉｍｅは、時間を表す。縦軸のＰｖは第３
図（イ）の積層方向と直角方向の位置ずれを表し、縦軸
のＦ、はそのときの力（反力）を表す。

第５図（ａｌは、位置ずれを考慮しないときの力制御に
よる積層例を示す。この場合には、力制御で積層を行っ
ているのでＦ、がほぼ零に制御されているが、ＰｙがΔ
Ｆだけずれている。このように力制御のもとでディスク
の穴を軸に挿入する積層作業を繰り返し行うと、力制御
ループの応答に対応した遅い速度でしか積層作業を行う
ことができず、高速に積層作業を行えない。

第５図（ｂｌは、本発明によって位置ずれを考慮したと
きの位置制御による積層例を示す。これは、第４図■な
いしＯによって既述したように、−枚目の積層作業を力
制御で行ってそのときの挿入を開始した開始位置Ｐ、お
よび終了した終了位置Ｐ、をもとに位置ずれを考慮した
位置制御によって二枚目以降の積層作業を行うようにし
た場合のものである。この場合には、位置制御によって
積層作業を行うために、高速に積層作業を行うことが可
能となる。

第５図（Ｃ１は、位置ずれを考慮しないときの位置制御
による積層例を示す。この場合には、位置ずれによりΔ
Ｆの力がディスクの穴と軸との間に働き、いわば穴と軸
とがすりながら積層を行うこととなり、発塵してしまい
、積層作業として望ましくない。

次に、第１図（ロ）、第６図および第７図を用いて本発
明の他の実施例の構成および動作を順次詳細に説明する
。

第１図（ロ）において、ロボット２１は、組立を行うロ
ボットである。

力覚センサ２２は、接触力を検出するものである。

部品２３、部品２４は、穴、軸を持つ部品であって、例
えば中央に穴を持つディスク、挿入する軸である。

ハンド２５は、部品２３を保持するハンドである。

側面４１．４２は、穴を有する部品２４の当該穴の側面
である。これら側面４１．４２に軸を力制御のもとであ
ててそのときの位置をそれぞれ求め、その中点に移動さ
せ、更にこれと直角方向の側面についても同様に行い、
その中点に移動させることにより、軸と穴とを同心状に
位置させて両者を接触しない状態にし、挿入する（第７
図を用いて後述する）。

第６図は、本発明の他の実施例構成・説明図を示す。

第６図（イ）において、円板２６は、中央に穴を有する
板（ディスク）である。

軸２７は、円板２６の穴を挿入して積層する軸である。

コントローラ２８は、ロボット２１を制御するものであ
る。尚、２１．２２．２５は第１図（ロ）にそれぞれ対
応するものである。

次に、第７図フローチャートに示す順序に従い、第１図
（ロ）、第６図（イ）構成の動作を詳細に説明する。

第７図において、■は、円板２６を挿入開始点まで移動
する。これは、図示外の台に軸２７を装着し、ハンド２
５で円板２６を保持し、軸２７へ挿入する直前の位Ｍ（
挿入開始点）に位置決めする（位置制御）。

■は、円板２６をスピンドル軸（軸２７）に少し挿入す
る（挿入方向と直交する方向にコンプライアンス制御を
行う）。これは、挿入する方向と直交するある方向にコ
ンプライアンス制御を行いながら、円板２６を軸２７に
わずかに挿入する（位置制御）。

■は、方向を決め、指定した力（指令力ＦＯ）で円板２
６を軸２７につきあてる。これは、力制御のもとでロボ
ット座標系の例えば＋Ｘ方向に動かし、円板２６の穴を
軸２７０片側につきあて、指定した力Ｆ０で釣り合わせ
る。

［相］は、その時の座標値Ｘ１を読む。これは、■によ
って指定した力Ｆ、で釣り合わせた後、ハンド２５の先
端の座標値Ｘ、を読み、記憶する。

［相］は、反対方向に指定した力Ｆ０で円板２６を軸２
７につきあてる。これは、力制御のもとで例えば−Ｘ方
向に動かし、円板２６の穴を軸２７の反対側につきあて
、指定した力Ｆ０で釣り合わせる。

［相］は、その時の座標値Ｘ２を読む。これは、［株］
によって指定した力Ｆ０で釣り合わせた後、ハンド２５
の先端の座標値Ｘ、を読み、記憶する。

■は、クリアランスを求め、そのｌ／２だけ始めの方向
に移動させる。これは、［相］および［相］で読んで記
憶した座標値×１、座標値Ｘｔからクリアランス（Ｘｌ
　−ｘｉ　）を求め、これの１／２である（Ｘ　ｌ　　
ｘ、　）　／　２だけ＋Ｘ方向に移動し、中点に位置さ
せる。

［相］は、前の方向と直交する方向に■ないし■を行う
。これは、Ｙ方向に対しても同様に（ＹＩＹ２）／２を
求め、これだけ移動し、第６図（ロ）左側に示すように
位置ずれしていた状態から、右側に示すように、補正し
た状り、（円板２６の穴と、軸２７とが同心状に位置す
る状態）に移動させる。この状態では、円板２６の穴と
、軸２７とは接触していない。

［相］は、最後まで挿入を行う　（コンプライアンス制
御を行うかどうかは選択する）。これは、■ないし［相
］までの処理によって、第６図（ロ）右側に示すように
、円板２６の穴と、軸２７とを同心状で接触しないよう
に移動した状態で挿入を行う。

これにより、′両者が接触することがなく、発塵しない
挿入を行うことが可能となる。この際、ロボットの直進
軌跡精度が高ければ、挿入方向と直交する方向にコンプ
ライアンス制御を行う必要がないが、必要に応じて働く
ようにしてもよい。

以上の処理によって、僅かに挿入した位置で円板２６の
穴と、軸２７とを同心状で両者が接触しない状態に移動
させた後、挿入を行うことにより、挿入時に両者が接触
することを可及的に回避し、発塵を押さえることが可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、力制御で積層作
業を行ったときの開始位置および終了位置を求め、次回
以降はこれらの位置を用いて位置制御によって積層作業
を行う構成を採用しているため、部品の組立作業スピー
ドを向上させることができると共に発塵を回避すること
ができる。また、挿入開始位置で穴と軸を同心状に位置
づけた後に挿入する構成を採用しているため、挿入時の
接触を可及的に回避し、発塵を少なくすることができ、
歩留り高く精密機械を自動組立することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の１
実施例構成図、第３図は本発明の動作説明図、第４図は
本発明の動作説明フローチャート、第５図は積層時の力
と位置の時間順層側、第６図は本発明の他の実施例構成
・説明図、第７図は本発明の詳細な説明フローチャート
、第８図は従来技術の説明図を示す。図中、ｌは制御対象、１−１はマニプレータ、２は力検
出部、３は力制御部、５は逆ヤコビ変換部、６は操作部
、７は位置検出部、９は位置制御部、１０は制御指令生
成部、１０−１はディスク枚数カウンタ、１１は位置記
憶部、２１はロボット、２２は知覚センサ、２３．２４
は部品、２５はハンド、２６は円板、２７は軸、２８は
コントローラを表す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）部品の穴と軸を挿入して組み立てる組立装置にお
いて、力制御で当初部品の穴と軸を挿入し、このときの挿入を
開始した開始位置および終了した終了位置を求め、次回
以降、これらの開始位置および終了位置をもとに位置制
御によって部品の穴と軸を順次積層する態様で挿入する
ように構成したことを特徴とする組立装置。
（２）部品の穴と軸を挿入して組み立てる組立装置にお
いて、部品の穴と軸をわずかに挿入した状態で、力制御のもと
で穴と軸を当該穴の半径方向のある方向およびこれの反
対方向につきあてたときのそれぞれの位置を求めて中点
の位置に移動、更に上記あてたときのそれぞれの位置を
求めて中点の位置に移動した後、挿入するように構成し
たことを特徴とする組立装置。