JPH0435293B2

JPH0435293B2 -

Info

Publication number: JPH0435293B2
Application number: JP62035901A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi
Original assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1992-06-10
Also published as: JPS63207530A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、精密自動組立装置に係り、特に、ピ
ン立て作業などの基本的な作業を自動的に、しか
も的確に行う組立装置に関する。

（従来の技術）自動的に嵌め合いを行う場合、例えば、穴に対
してピンが垂直にしかも穴の中心とピンの中心が
完全に一致するように位置決めできた状態で挿入
作業を行うことができれば問題はないが、実際の
作業の自動化はロボツト或いは自動組立機で行わ
れ、高精度の位置決めと傾きの制御を行うことは
困難である。このことは穴とピンとの隙間（クリ
アランス）が小さくなればなるほど問題が難しく
なる。つまり、(1)穴とピンとの中心の位置合わせ
の難しさ。(2)ピンを把持する機構が必要である
が、ピンの傾きの誤差を零にすることの難しさ。
(3)ピンを穴の中心軸に沿つて降ろすことが必要が
あるが、ピンを真に垂直に沿つて降ろすことの難
しさ。

などがあり、ピン立て作業の誤差の要因になつて
いる。

これらが解決できないと、ピンが穴に入らなか
つたり、ピンが穴の途中でカジリ付いたりするこ
とになる。

そこで、ピンの穴との相対的な位置合わせと姿
勢（傾き）の誤差を修正することを目的として
種々の機構・ハンドが開発されている。

以下、２通りの基本的な考え方について説明す
る。

(1) ハンドに柔軟性をもたせて、自動（受動）的
にピンを穴に倣わせようとする方法。

この代表的なものとして、RCC（リモートセ
ンターコンプライアンス）機構があり、これは
ピンと穴との位置ずれと傾きの誤差をピンを押
し込む工程で、これらが自動的に小さくなる方
向に動き易い機構とバネを工夫することによつ
て構成したものである。

以下、このRCCハンドの構成を第１９図及
び第２０図を用いて説明する。

図中、１はハンドとの結合部、２は横方向コ
ンプライアンスリンク、３は回転コンプライア
ンスリンク、４はコンプライアンスセンタ、５
は並進部、６は回転部である。

これはクリアランスの小さいピンと面取りの
ついた穴との嵌め合い作業に適するもので、平
行四辺形リンクからなる並進部５と台形状のリ
ンクからなる回転部６の組み合わせからなつて
いる。このリンクを直列に等価的に示すと第２
０図のようになり、そのリンクの組み合わせの
下端に挿入すべきピンを取り付ける。そこで、
ピンに垂直な方向に力が作用すると、平行四辺
形リンクの働きにより、ピンはその姿勢を維持
したまま加えられた力の方向に移動する。ま
た、回転方向の力が作用すると、コンプライア
ンスセンタ４を中心にして、台形状のリンクの
働きにより、ピンは回転運動をする。従つて、
穴８に面取りがしてあり、その部分にピンの先
端が当たると、押し込みと同時にピンは横方向
に力を受け穴の中心方向に移動する。また、斜
めにピンが挿入された時はコンプライアンスセ
ンタ４を中心に回転が生じ、穴の中心線とピン
の中心線を一致させる方向へ運動が生じる機構
となつている。

(2) 次に、能動的に相対誤差を小さくしよとする
方法について第２１図及び第２２図を参照しな
がら説明する。

ピン１２を穴１３に挿入動作をするロボツト
の腕１１がＸ，Ｙ方向に動く、センサとして
は、例えば、ひずみゲージ１４が十字形のバネ
１５に付いていて、このセンサ出力と、ロボツ
トのＸ，Ｙ方向の駆動部分とでサーボ系を組ん
でいる。

そこで、ロボツトの手首部に設けられたセン
サにより、ピン１２の穴１３への挿入作業中に
生じる力を検出し、この力を一般的には減じる
方向に手首部を動かして中心軸を合わせる方法
である。

尚、上記(1)のRCC機構としては、米国特許第
4098001号明細書、米国特許第4439926号明細書
（US，C133）などが挙げられる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記(1)の従来技術によれば、
RCCハンドのセンタの位置がピンの先端部にな
るように機構の寸法とバネ定数の配分が決定され
ることから、把持対象とするピンの長さが変化し
た場合には、その効果がなくなる。つまり、個々
の作業に応じて設計されたRCCハンドを用いる
必要があり、汎用性に乏しい。また、かなり柔ら
かいバネであることから、ピンを穴の近くへ近ず
げる移動が行われる際に、振動が生じ組み立て作
業の全体としてのスピードが低下し、作業能率が
低減する。

また、上記(2)の従来技術によれば、力センサが
必要であり、少なくともＸ，Ｙ方向の力の検出が
必要である。また、傾き、位置を微調整できるサ
ーボ機構が必要である。このハンド部に微調整機
構と力センサの両方を組み込んだものの実用例は
非常に少ない。

本発明は、上記の問題点を除去し、自動的に、
しかも的確に組立作業を遂行し得る精密自動組立
装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記の問題点を解決するために、挿
入部品が装着された可動体を支持すると共に、そ
の挿入部品の姿勢を制御可能な電磁石を具備する
磁気軸受形手首機構を構成し、穴への挿入部品の
挿入過程での状態の判別と接触点の位置の推定を
その磁気軸受形手首機構に組み込まれている位置
検出装置の出力信号と前記電磁石の励磁コイルの
電流値とに基づいて行い、挿入部品の挿入作業を
円滑に行うための挿入部品の位置、姿勢の調整を
その手首機構によつて能動的に行うようにしたも
のである。

また、本発明は、移動可能なハンドと、そのハ
ンドに組み込まれる可動体を支持すると共に、そ
の挿入部品の姿勢を制御可能な電磁石を具備する
磁気軸受形手首機構と、前記可動体の先端に装着
される挿入部品と、その挿入部品の端部に水平方
向の力が印加された場合、前記電磁石により、そ
の挿入部品を並進させる手段と、その挿入部品の
端部にその挿入部品を回転させる垂直方向の力が
印加された場合、前記電磁石により、その挿入部
品のコンプライアンスセンタを中心に回転させる
手段とを設けるようにしたものである。

（作用）本発明によれば、上記したように、挿入部品を
磁気軸受形手首機構によつて支持し、支持位置設
定値、姿勢位置設定値から挿入部品の位置姿勢を
操り、また、各要素のゲインを調整して、バネ性
を任意に変化させることができる。また、位置検
出装置からの出力信号と可動体の姿勢制御を行う
電磁石の励磁コイルの電流値とに基づいて挿入部
品に作用する力を検出し、それに基づいて、可動
体の姿勢を調整し、挿入部品の嵌め合いを円滑に
行うことができる。更に、磁気軸受形手首機構に
より剛性を安定範囲内で任意に設定できるように
し、ハンドの移動時には剛性を高くして振動を押
さえることができる。

更に、RCCハンドと等価或いは更に機能が付
加されたハンドを構成することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に参照しながら詳
細に説明する。

第１図は本発明に係る精密自動組立装置の全体
構成図、第２図はその精密自動組立装置の手首機
構の断面図、第３図はその検出部を示す斜視図で
ある。

図中、２０は５軸制御形磁気軸受形手首機構を
内蔵するハンドの外枠、２１は可動体のＺ軸方向
の位置を検出する第１の位置検出装置（ギヤツプ
センサ）、２２乃至２５は可動体の上側に対向す
る同一平面の固定側に設けられる二対の第２乃至
第５の位置検出装置、２６乃至２９は可動体の下
側に対向する同一平面の固定側に設けられる二対
の第６乃至第９の位置検出装置、３１は可動体の
Ｚ軸方向の位置を制御する電磁石、３２乃至３９
は可動体の半径方向の位置と回転軸の傾きとを制
御する８個（４対）の電磁石、４０は電磁石３１
乃至３９によつて支持される可動体、４１はその
可動体４０の下端に設けられるチヤツク、４２は
そのチヤツク４１に装着されるピン、４３はテー
ブル上にセツトされた部材、４４はその部材４３
にあけられたピン４２が挿入される穴、５０は５
軸制御形磁気軸受形手首機構の制御装置、５１は
CPU（中央制御装置）、５２はメモリ、５３は入
出力インターフエース、５４はデイスプレイ付入
出力装置、５５は電源、５６は電源に接続され、
入出力インターフエース５３に接続されるパワー
制御部であり、電磁石３１乃至３９に接続され
る。また、６０はハンドを制御するロボツト本体
制御装置である。

このように、５軸制御形磁気軸受形手首機構
は、前記した位置検出装置２１乃至２９により、
可動体の姿勢を検知し、可動体４０の中心軸の回
転運動を除く５自由度を全て能動的に制御するこ
とができる。

ここで、可動体４０に作用する力及び座標系の
定義を行つておく。

第４図に示されるように、磁気浮上手段によつ
て支持される可動体４０が重心Ｓに対して対称な
軸対称剛体であるとし、平行状態における可動体
４０の重心位置を原点として、回転軸がＺ軸と一
致するように、空間に固定された座標系O_-xyzを
定める。この可動体４０に働く各電磁石の吸引力
をF_k（ｋ＝１，……10）で表し、F₁は可動体４０
のＺ軸方向の位置を制御する電磁石による可動体
４０の浮上力、F₂，……F₉はそれぞれ可動体４
０の重心から回転軸にそつて所定の距離だけ離れ
た点に働き、F₂は前記した電磁石３２によつて、
F₄は前記した電磁石３４によつて、F₆は前記し
た電磁石３６によつて、F₈は前記した電磁石３
８によつて、それぞれＸ軸方向に働き、F₃は前
記した電磁石３２によつて、F₅は前記した電磁
石３５によつて、F₇は前記した電磁石３７によ
つて、F₉は前記した電磁石３９によつて、それ
ぞれＹ軸方向に働くものとする。

また、電磁石が物体を吸引する力は次の式で表
されることは周知である。

Ｆ≒B²Ａ／2μ₀ ≒（μ₀Ａ／８）（NI／ｘ）² ≒K_F（Ｉ・ｘ）² ……(a) 但し、Ｂ：磁束密度、Ａ：磁極面積、 μ₀：真空透磁率、Ｎ：巻数Ｉ：電流、ｘ：ギヤツプ（電磁石と物体との距
離）、K_F：（μ₀AN²）／８以下、この精密自動組立装置の動作例を第１図
及び第５図を参照しながら、Ｘ，Ｚ平面を用いて
説明する。実際にはZY平面とのベクトル和で現
象を把握することができる。

まず、ピン４２の挿入作業に先立ち、穴を有す
る部材４３を取り付けたテーブル（図示なし）が
移動機構によつて、XYについてのおおよその位
置決めがなされ、穴４４とピン４２との中心位置
をある誤差範囲内に合わせる。

そして、本発明の５軸制御形磁気軸受形手首機
構を具備するハンドが下げられ、第５図ａに示さ
れるように、部材４３に当接し、ピン４２が粗位
置決めされる。部材４３に当接したことは、部材
４３に対する可動体４０の抗力F_Zが作用し、Ｚ
軸方向の距離の変化を検出する第１の位置検出装
置２１からの出力信号S₁により検出される。

次に、第５図ｂに示されるように、部材４３の
穴４４にピン４２を落とし込む。つまり、穴４４
の探索を行う。この探索の仕方は、例えば、第１
図の５軸制御形磁気軸受形手首機構の電磁石３
２，３６及び電磁石３３，３７の励磁電流を強め
て、第６図に示されるように、可動体４０（第１
図参照）を介して、ピンをその中間方向へ微小距
離移動し、更に、第１図に示される電磁石３５及
び３９の励磁電流を強めて、ピンを−Ｙ方向に振
らせて、微小距離Δxあやつる。これを穴４４が
探索できるまで、繰り返す。穴４４が探索された
ことは、ピン４２が穴４４へ落ち込み、ピン４２
に連結されている可動体４０へ作用していた抗力
F_Zがなくなることを、Ｚ軸方向の位置を検出す
る第１の位置検出装置からの出力信号S₁により検
出することができる。

このようにして、穴４４が探索されると、ハン
ドを−Ｚ方向に移動し、ピン４２が穴４４にカジ
リつくか否かをみながら、ピン４２を挿入してい
く。

もし、第５図ｃに示されるように、ピン４２が
穴４４にカジリつくと、再び、可動体４０の部材
４３に対する抗力F_Zが作用し、Ｚ軸方向の位置
を検出する第１の位置検出装置からの出力信号S₁
により検出される。そして、穴４４が探索された
時点から、ピン４２が穴４４にカジリついた時点
までのＺ軸方向の距離ｌと、ピン４２と穴４４と
クリアランスΔwとから、ピン４２の傾きθを検
出し、第５図ｄに示されるように、この傾きθの
修正を行う。

次に、第５図ｅに示されるように、その修正後
はピン４２が穴４４の底に到達すると、Ｚ軸方向
の位置を検出する第１の位置検出装置からの出力
信号S₁により検出される。

このように、自動的に、しかも的確にピン挿入
作業を行うことができる。

以下、本発明の精密自動組立装置を用いたピン
の組立方法を第７図のフローチヤートにしたがつ
て更に詳細に説明する。

なお、第１図に示される５軸制御形磁気軸受形
手首機構の制御装置５０のメモリ５２には、予
め、ピンと穴とのクリアランス値Δw、Ｚ軸方向
の閾値F_s、ピンの傾きθ_k及び各電磁石３２乃至３
９へ分配される電流値とをテーブルにして、
ROMに記憶しておく。

まず、ハンドへのピンの装着を行う。

ハンドをロボツト本体制御装置６０、例え
ば、NC制御装置により、Ｘ，Ｙ，Ｚの基本座
標上に移動して、ピンの穴に対する粗位置決め
を行う。この場合、ピンが穴を有する部材に当
接すると、可動体４０に抗力F_zが作用し、この
抗力F_zの大きさを主としてＺ軸方向の位置を検
出する第１の位置検出装置２１及び電磁石３１
の励磁コイルの電流値で検知する。そして、抗
力F_zがある閾値F_sに達するまでは、ピンを穴に
近ずけて良いこととし、F_z＞F_sになつた時点で
Ｚ軸方向のハンドの移動を速やかに停止させ
る。

ピンが穴に係合しているか否かを判断する。
この判断は抗力F_zに基づいて行なう。係合して
いる場合にはステツプに進む。

ピンが穴に係合していない場合には、穴の探
索を行う。この探索は、例えば、前記した第６
図に示されるように、微小距離Δxの移動によ
り行う。

穴の探索、つまり、抗力F_z＜F_sになつたか否
かを判断する。

穴が探索される、つまり、抗力F_z≧F_sであつ
た状態から、抗力F_z＜F_sに変化すると、その時
点のＺ軸方向の位置Z₁を読み込み、メモリ５２
に記憶し、ハンド下げを行う。

ハンド下げ中に、ピンが穴にカジリつくか否
かを判断する、つまり、抗力F_z＜F_sの状態か
ら、抗力F_z≧F_sに変化するか否かを判断する。

抗力F_z≧F_sに変化すると、その時点のＺ軸方
向の位置Z₂を読み込み、前記位置Z₁との差を
CPU５１で計算して、Ｚ軸方向の移動距離Z_D
を求める。そこで、その移動距離Z_Dと、メモリ
５２に記憶されているピンと穴とのクリアラン
ス値Δwとに基づいて、その時のピンの傾きθ₁
を求める。

手首機構によるあやつりにより、そのピンの
傾きθ₁を減じる方向に各電磁石の励磁コイルの
電流を分配し、その傾きθ₁を修正する。この修
正は予め記憶されているピンの傾きθ_kと各電磁
石３２乃至３９へ分配される電流値のテーブル
を用いて、即座に、その傾きθ₁を修正する。即
ち、第１の接触開始からの２点接触が起こるま
でのハンドの移動距離Z_Dとクリアランス値Δw
から傾きの方向と大きさが推定できる。そこ
で、これを減じるように、２つの接触点の中心
を不動点として、この点を中心にして、ピンの
傾きの修正を行う。

ピンの傾きθ₁が修正されると、再び前記同様
にハンド下げを行う。

ピンの先端が穴の底に当接するか否か、つま
り、抗力F_z＜F_sの状態から抗力F_z≧F_sに変化す
るか否かを判断する。

抗力F_z≧F_sに変化すると、ハンド下げを止め
る。

ハンドからピンを外す。

上記実施例においては、部材に円柱状の穴が形
成され、その穴にピンを挿入する場合について説
明したが、次に、面取りが施された穴へのピンの
挿入の場合について詳細に説明する。

第８図は面取りが施された穴へのピンの挿入作
業について説明する。

まず、第８図ａに示されるように、部材６２の
穴６３には面取り部６４が設けられ、その面取り
部６４にピン６１の下端の円周の一点が接触し、
粗位置決めされる。なお、ピン６１が面取り部６
４に接触せず、それより外側に粗位置決めされた
場合には前記した穴の探索（前記ステツプ）
（この場合は正確には面取り部の探索）により面
取り部６４を探索するためあやつるが、最近はロ
ボツトも視覚センサを持つようになり、位置決め
精度が向上してきているので、通常、粗位置決め
の段階でピン６１は面取り部６４に接触させるこ
とができる。

この場合には面取り部６４の円錐状の面にピン
６１の下端の円周の一点が載ることになり、Ｚ軸
（スラスト）方向の抗力F_zと穴６３の中心に向か
う半径（ラジアル）方向の抗力F_bが作用する。
そして、これらの抗力は、スタスト、ラジアルの
各電磁石のコイルの励磁電流値と各位置検出装置
からのギヤツプ値をインターフエース５３を介し
て制御装置５０に取り込み前記(1)式に基づいて、
CPU５１により演算され、求められる。

この点について詳細に説明する。

第９図に示されるように、磁気軸受の場合、被
支持可動体６５に作用する１つの電磁石について
みてみると、前記式(a)に示されるように、その吸
引力Ｆは一般に、Ｆ＝ｆ（ｉ，ｄ）で表される。ここで、ｉ：電磁石に流す電流、
ｄ：電磁石と可動体間のギヤツプまた、関数ｆは電磁石、可動体の形状、寸法、
材質などによつて決まる。そして、普通にはＦ＝ｆ（ｉ，ｄ）＝Ｋ・i〓／d〓 ……(1) で近似できる。

被支持可動体６５の平衡状態における電流を
i₀、ギヤツプをd₀とすると、前記式(1)は、Ｆ＝F₀＋K_iΔ_i−K_dΔ_d ……(2) と線形化することができる。

ここで、F₀＝Ｋ・i₀〓／d₀〓ｉ＝i₀＋Δ_i，ｄ＝d₀＋Δd Δ_i，Δdは微小変動分 K_i＝∂〓f／∂〓i＝ρK・i₀ ⁽〓^-1)／d₀〓 K_d＝∂〓f／∂〓d＝σK・i₀〓／d₀ ⁽〓⁺¹⁾ 第９図に戻り１対の電磁石６６と６７で質量ｍ
の被支持可動体６５を支持する場合、ｘ方向のみ
着目すると、 mx¨＝F₁−F₂ ＝K_i（Δi₁−Δi₂） −K_d（Δd₁−Δd₂） ……(3) ここで、Δi₁−Δi₂＝ｅとし、また、位置の関係からｘ＝０を平衡状態とする
と、 Δd₁−Δd₂＝−2x とから、（ｘが増すとΔd₁は減じ、Δd₂は増加す
る）前記式(3)は mx¨＝K_i・ｅ＋2K_dｘ ……(4) となる。

今、変位ｘを検出し、これによつて、ｅを、ｅ＝−（Ax＋Bx〓） ……(5) の関係を満たすようにすれば、この式(5)は mx¨＋K_iBx〓＋（K_iＡ−2K_d）ｘ＝０
……(6) となる。

（K_iＡ−2K_d）＞０になるようにゲインＡを調
整することによつて、安定に支持することができ
る。また、ゲインＡを調整することによつて、剛
性の特性を任意に設定することができる。

また、ゲインＢを調整することによつて、ダン
ピング特性を制御することができる。

次に、電磁作用力の推定について説明する。

被支持可動体に作用する電磁吸引力Ｆは前記し
たように、Ｆ＝ｆ（ｉ，ｄ）で表せることから、ｉとｄを測定して、その被支持可動体６５に作
用する電磁吸引力Ｆを求めることができる。即
ち、ｆ（ｉ，ｄ）は実験的に求め、前記式(1)のＫ，
ρ，σを実験により決定し、この近似式からＦを
ｉ，ｄより求めることができる。

或いはｉ，ｄの代表点でのＦを書き込んだ
ROMを用意しておき、このデータから補間法に
よつてＦを求める方法をとることもできる。

次に、被支持可動体に作用する力の大きさと作
用点の推定法について第１０図を用いて説明す
る。

なお、ここでは、Ｚ，Ｘの１平面内で説明す
る。また、被支持可動体６８には下方にピン６９
が装着されており、重心Ｇの位置を座標原点とし
て説明する。

今、磁気軸受による被支持可動体６８が機械的
接触がない状態で支持されている時を平衡状態と
する。

次に、ピン６９の先端のある点が接触し、これ
を検知し、Ｚ軸方向の送りを停止し、保持した状
態において、磁気軸受の各ギヤツプの検出値と各
コイルの電流値から、上方のラジアル軸受部によ
る支持力の平衡状態からの変化f₁、下方のラジア
ル軸受部による支持力の平衡状態からの変化f₂、
スラスト軸受部による支持力の平衡状態からの変
化f₃を求めることができる。

そのf₁の作用点の重心Ｇからの距離をl₁、そのf₂の作用点の重心Ｇからの距離をl₂ とする。なお、このl₁，l₂は構造的に決定でき既
知であり、被支持可動体と電磁石との相対的位置
の変化は微小であるから、このl₁，l₂は変化しな
いとみなしてよい。ここでは、＋Ｚ方向を正、−Ｚ
方向を負とする。

そこで、F_z，F_bのx_cを求める。

力の釣り合いから、 f₁＋f₂＋F_b＝０ f₃＋F_z＝０ f₁l₁＋f₂l₂＋F_zx_c＋F_bl₃＝０が成立する。これより、 F_z＝−f₃ F_b＝−（f₁＋f₂） x_c＝（f₁l₁＋f₂l₂−f₁l₃−f₂l₃）／−f₃ ＝〔（l₃−l₁）f₁＋（l₃−l₂）f₂〕／f₃ で求めることができる。

上の式から分かるように、（l₃−l₁）、（l₃−l₂）
が分かつておれば良く、結果的には被支持可動体
６８の重心位置を知る必要はない。

ピン６９の質量、長さが変化しても、ピン６９
の長さを知ることで対応することができる。

このように、各要素の支持力との釣り合い式か
らそのF_z，F_bの大きさと共に接触点の位置を推
定できる。つまり、磁気浮上手段により完全に非
接触支持されていたものが、初めて、一点のみ機
械的接触があるようになつたという条件下におい
て、推定が可能になる。

稀に、部材の穴の周縁の２点で接触する場合が
あるが、この場合は、計算では一点のみで接触し
ているとみなして処理するが、その点は２点の中
間のある位置となるので、後に述べる位置の修正
法には問題はない。

次に、第８図に戻り、前記した穴の探索（前記
ステツプ）により面取り部６４から内側の穴内
にピン６１をあやつり、第８図ｂに示されるよう
に、ピン６１が内側の穴内に至ると、F_z≧F_s状態
からF_z＜F_sに変化するので、これを検出して、ハ
ンド下げを行う（前記ステツプ）。

次に、第８図ｂに示されるように、ピン６１が
穴６３にカジリ付くか否かをみながら、挿入して
行く。

以下、第８図ｃ及び第８図ｄに示されるよう
に、前記したステツプ〜〓にしたがつて、ピン
の挿入作業を遂行する。

また、ピンの粗位置決めの態様は以下のような
である。なお、この場合、ピンは穴に対して、で
きるだけ、図の左側に位置するように粗位置決め
の設定を行うものとする。

(1) 部材に設けられる穴には面取りが行われてい
ない場合において、第１１図ａに示されるように、ピン７１は
直立状態であるが、ピン７１の１部が部材７
２の表面に載る場合。

この場合には、前記したように穴７３の探
索（前記ステツプ）を行う必要がある。

第１１図ｂに示されるように、ピン７１は
直立状態であるが、ピン７１の円周部の一点
が穴７３の表端面に接触する場合。

この場合には、穴７３の探索（前記ステツ
プ）は行う必要はなく、そのままハンド下
げ（前記ステツプ）を行うことができる。

第１１図ｃに示されるように、ピン７１は
直立状態であり、しかも、ピン７１の軸と穴
７３の軸が合つており、この場合にはそのま
まハンド下げ（前記ステツプ）を行うだけ
でピン７１を挿入できる。

第１１図ｄに示されるように、ピン７１は
左側に傾いており、ピン７１の１部が部材７
２の表面に載る場合。

第１１図ｅに示されるように、ピン７１は
左側に傾いており、ピン７１の円周部の一点
が穴７３の表端面に接触する場合。

第１１図ｆに示されるように、ピン７１は
左側に傾いているが、ピン７１は穴７３に適
合する状態にあり、この場合にはハンド下げ
（前記ステツプ）を行うことができる。

第１１図ｇに示されるように、ピン７１は
右側に傾いており、ピン７１の１部が穴７３
の表端面に載る場合。

第１１図ｈに示されるように、ピン７１は
右側に傾いており、ピン７１の円周部の一点
が穴７３の表端面に接触する場合。

第１１図ｉに示されるように、ピン７１は
右側に傾いているが、ピン７１は穴７３に適
合する状態にあり、この場合には、そのまま
ハンド下げ（前記ステツプ）を行うことが
できる。

(2) 部材に設けられる穴に面取りが行われている
場合において、第１２図ａに示されるように、ピン７５は
直立状態であるが、ピン７５の円周部の一点
が面取り部７８に接触する場合。

この場合には、前記したように穴７７の探
索（前記ステツプ）を行う必要がある。

第１２図ｂに示されるように、ピン７５は
直立状態であるが、ピン７５の円周部の一点
が穴７７の表端面に接触する場合。

この場合には、穴の探索（前記ステツプ
）は行う必要はなく、ハンド下げ（前記ス
テツプ）を行うことができる。

第１２図ｃに示されるように、ピン７５は
直立状態であり、しかも、ピン７５の軸と穴
７７の軸が合つており、この場合には、その
ままハンド下方（前記ステツプ）を行うだ
けでピンを挿入できる。

第１２図ｄに示されるように、ピン７５は
左側に傾いており、ピン７５の円周部の一点
が面取り部７８に接触する場合。

この場合には、前記したように穴の探索
（前記ステツプ）を行う必要がある。

第１２図ｅに示されるように、ピン７５は
左側に傾いており、ピン７５の円周部の一点
が穴７７の表端面に接触する場合。

第１２図ｆに示されるように、ピン７５は
左側に傾いているが、ピン７５は穴７７に適
合する状態にあり、この場合にはハンド下げ
（前記ステツプ）を行うことができる。

第１２図ｇに示されるように、ピン７５は
右側に傾いており、ピン７５の円周部の一点
が面取り部７８に接触する場合。

第１２ｈに示されるように、ピン７５は右
側に傾いており、ピン７５の円周部の一点が
穴７７の表端面に接触する場合。

第１２図ｉに示されるように、ピン７５は
右側に傾いているが、ピン７５は穴７７に適
合する状態にあり、この場合にはハンド下げ
（前記ステツプ）を行うことができる。

どの態様であるかは、抗力F_z，F_b及びハンド
のＹ軸方向への移動範囲Z_kを制御装置で監視する
ことにより、判定することができる。

また、対象とするピンの長さの変化に対して、
機械的変化がなく、直ぐに対応できる。

ところで、RCC機構はピンの先端部に加わる
力に対してその剛性の中心がピンの先端の中心の
位置になるようにバネによつて機構的に工夫した
ものである。

説明を第１３図を用いてＸ，Ｙ平面について行
う。

この場合、 (1) Ｘ方向の力F_bがピン８０の端部に加わつた
時、ピン８０がＸ方向に並進するように変位す
ること。

(2) また、Ｚ方向の力F_zに対しては、この作用に
よつて生じるモーメントによつて、RCC点８
１を中心に回転変位すること。

を満たすような弾性系をハンドに持たせるように
したものである。

そこで、第１４図において、可動体８２にピン
８３が装着される場合、 P₀：ピン８３の先端の中心、x₁：P₀から距離l₁
の点p₁のｘ方向の変位、x₂：P₀から距離l₂の点p₂
のｘ方向の変位。

とすると、前記したハンドで点p₁にf₁、点p₂にf₂の作用力
を発生するようにすることができる。

今、P₀から距離ａだけ離れた点で端部が接触
し、F_b，F_zが接触点からピン８３に働いている
とする。

力の釣り合いから f₁＋f₂＝F_b …… l₁f₁＋l₂f₂＝ａ・F_z …… を満たすことが必要である。

RCC機構の機能とは、この時、次の関係を満
たすことである。

x₁＝x_b1＋x_z1 …… x₂＝x_b2＋x_z2 …… x_b1＝x_b2＝k_b・F_b …… x_z1＝x_z2・（l₁／l₂）＝k_z・ａ・F_z …… 但し、x_b1はF_bに対する点p₁の変位変化 x_b2はF_bに対する点p₂の変位変化 x_z1はａ・F_zに対する点p₁の変位変化 x_z2はａ・F_zに対する点p₂の変位変化 k_bはF_bに対する剛性係数、 k_zはａ・F_zのモーメントに対する剛性係数であ
る。

一方、磁気軸受機構はf₁，f₂をx₁，x₂に対し
て、 f₁＝k₁₁x₁＋k₁₂x₂ …… f₂＝k₂₁x₁＋k₂₂x₂ …… の関係で得るようにすることができる。

但し、k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂はフイードバツクゲ
インである。

x₁，x₂は最小２個のギヤツプセンサの検出値か
ら線形演算で得ることができる。つまり、オペア
ンプ或いはコンピユータで演算可能である。

そして、前記k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂の値を上記
乃至を満たすように決定することができる。

〔１〕今、F_z＝０の場合を考える。つまり、 F_bだけ働いたとすると、上記及びより、 f₁＋f₂＝F_b …… l₁f₁＋l₂f₂＝０ …… 上記及びより、 x_b1＝x_b2＝k_b・F_b …… x_z1＝x_z2・（l₁／l₂）＝０ …… 上記と上記より、 x₁＝x_b1＝k_b・F_b …… 上記と上記より、 x₂＝x_b2＝k_b・F_b …… 上記に上記及びを代入し、 f₁＋f₂＝（k₁₁＋k₂₁）x₁ ＋（k₁₂＋k₂₂）x₂ …… これに更に上記，を代入して、 ∴F_b＝（k₁₁＋k₂₁）k_b・F_b ＋（k₁₂＋k₂₂）k_b・F_b …… ∴１＝（k₁₁＋k₂₁＋k₁₂＋k₂₂）k_b……（）また、上記と，、更に、及びより、 l₁f₁＋l₂f₂＝（l₁k₁₁＋l₂k₂₁）x₁ ＋（l₁k₁₂＋l₂k₂₂）x₂ ＝（l₁k₁₁＋l₂k₂₁＋l₁k₁₂＋l₂k₂₂）・k_b・F_b …… ０＝l₁k₁₁＋l₂k₂₁＋l₁k₁₂＋l₂k₂₂ ……（）〔２〕 F_b＝０の場合、つまり、F_zだけが働い
た場合。

上記及びより、 f₁＋f₂＝０ …… l₁f₁＋l₂f₂＝ａ・F_z …… また、上記，，及びより、 x₁＝０＋x_z1＝k_z・ａ・F_z …… x₂＝０＋x_z2＝（l₂／l₁）・k_z・ａ・F_z …… 上記及びより、 f₁＋f₂＝（k₁₁＋k₂₁）x₁ ＋（k₁₂＋k₂₂）x₂ …… 上記〓と21及び22より、０＝（k₁₁＋k₂₁）・k_z・ａ・F_z ＋（k₁₂＋k₂₂）（l₂／l₁）・k_z・ａ・F_z ……〓〓故に、 l₁k₁₁＋l₁k₂₁＋l₂k₁₂＋l₂k₂₂＝０ ……（）上記と及びより、 l₁f₁＋l₂f₂＝（l₁k₁₁＋l₂k₂₁）・x₁＋（l₁k₁₂＋l₂k₂₂）
x₂ …… 更に、上記及びより、ａ・F_z＝（l₁＋k₁₁＋l₂k₂₁）・k_z・ａ・F_z＋（l₁k₁₂
＋l₂k₂₂）（l₂／l₁）・k_z・ａ・F_z ……〓〓 ∴１＝〔l₁k₁₁＋l₂k₂₁＋l₂k₁₂ ＋（l₂ ²／l₁）k₂₂〕k_z ……（） F_bとF_zの両方の力が働いた場合においても重
ね合わせできることから、上記（）（）（）（）式から、 k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂を決定することができる。

即ち、 k₁₁＋k₂₁＋k₁₂＋k₂₂＝１／k_b ……（）′ l₁k₁₁＋l₂k₂₁＋l₁k₁₂＋l₂k₂₂＝０……（）′ l₁k₁₁＋l₁k₂₁＋l₂k₁₂＋l₂k₂₂＝０……（）′ l₁k₁₁＋l₂k₂₁＋l₂k₁₂＋（l₂ ²／l₁）・k₂₂＝１／k_z
……（）′ 上記（）′〜（）′の連立方程式は、４個の
未知数k₁₁，k₂₁，k₁₂，k₂₂に対して、一般に独立
な４個の式が存在することにより、解を求めるこ
とができる。

即ち、前記連立方程式を解くと、（）′と（）′より（l₂−l₁）k₂₁＋（l₁−l₂）k₁₂＝０ ∴k₂₁−k₁₂＝０ ∴k₂₁＝k₁₂ 従つて、 k₁₁＋2k₁₂＋k₂₂＝１／k_b ……（）″ l₁k₁₁＋（l₁＋l₂）k₁₂＋l₂k₂₂＝０ ……（）″ l₁k₁₁＋2l₂k₁₂（l₂ ²／l₁）・k₂₂＝１／k_z 故に、 l₁ ²k₁₁＋2l₁・l₂k₁₂＋l₂ ²k₂₂＝l₁／k_z
……（）″ この３元１次方程式を解くと、結局、解は、次のようになる。

k₁₁＝〔（l₂ ²／k_b）＋（l₁／k_z）〕／（l₁−l₂）² k₁₂＝k₂₁ ＝〔−（l₁l₂／k_b）−（l₁／k_z）〕／（l₁−l₂）² k₂₂＝〔（l₁ ²／k_b）＋（l₁／k_z）〕／（l₁−l₂）² このような関係を満足するようにk₁₁，k₂₁，
k₁₂，k₂₂を決定すればよい。

つまり、F_bによる並進運動に対する剛性k_b及
びF_zによるRCC点まわりの回転運動に対する剛
性係数k_zを設定した場合に対して、k₁₁，k₂₁，
k₁₂，k₂₂を決定することができる。

そこで、第１５図に示されるように、嵌め合い
を行うピン８３が装着された可動体８２に電磁石
８４，８５及びギヤツプセンサ８６，８７を対向
させ、可動体８２を第１６図に示されるように制
御する。つまり、ギヤツプセンサ８６及び８７に
より、ギヤツプ信号g₁及びg₂を得て、線形演算回
路９１により、x₁及びx₂を得る。そのx₁及びx₂に
基づいて、線形演算回路９２により、電磁吸引力
f₁及びf₂の指令値f_c1，f_c2を得る。その指令値f_c1，
f_c2を演算アンプ９３及び９４に与えて、現在の
電磁石８４及び電磁石８５の励磁電流とを比較
し、電磁吸引力f₁及びf₂を発生させるようにする
ことができる。

なお、一般には、第１図に示されるように、ギ
ヤツプセンサからの出力信号を制御装置６０に読
み込み、制御装置６０内において、上記した各演
算処理を行い、電磁吸引力f₁及びf₂を発生させる
ようにすることができる。

また、非接触で支持した場合及びピンの先端で
接触した場合の安定性を増すために、ダンピング
を加える必要があるが、この場合には、 f₁ f₂＝k₁₁，k₁₂ k₂₁，k₂₂x₁ x₂十D₁₁，D₁₂ D₂₁，D₂₂x₁ x₂ となるように、x₁，x₂に対して、f₁，f₂を発生す
るように制御系を構成することにより、任意のダ
ンピング特性を設定することができる。

ここで、x₁，x₂はx₁，x₂の時間微分を表し、一
般には、 D₁₁，D₁₂ D₂₁，D₂₂＝Ｃk₁₁，k₁₂ k₂₁，k₂₂ の関係で求めて良い。

この場合は、Ｚ軸方向に関しては、特に、非接
触支持である必要はなく、バネなどで支持するよ
うにしても良い。このように構成すると、f₁をx₁
からだけでなく、x₁とx₂とから、f₂をx₂からだけ
でなく、x₁とx₂とから決めることができる。

このようにして、RCCハンドと等価及び更に
機能が付加された精密自動組立装置を構成するこ
とができる。

更に、本発明においては、第７図に示された、
ハンドへのピンの装着の工程においては、予
め、ピンは所定の位置に置かれ、そのピンをハン
ドに自動的に装着する場合は、以下のような手段
を講ずることにより、それ以降の組み立て工程を
円滑に遂行することができる。

第１７図はハンドへのピンの装着の工程を説明
する平面図、第１８図はそのハンドへのピンの装
着工程を説明する側面図である。

これらの図において、１００は可動体、１０１
はチヤツク、例えば、電磁チヤツク、１０２はセ
ンサ或いはスイツチ、１０３は電磁チヤツクの電
源、１０４は回転テーブル、１０５はその回転テ
ーブルに形成される凹所、１０６はその凹所に立
てられたピン、１０７は穴１０８が設けられた部
材である。この場合にも、可動体の位置の調整を
行う電磁石を具備する５軸制御磁気軸受形手首機
構を具備するが図示されていない。

そこで、予め回転テーブル１０４の所定の位置
に立てられているピン１０６に対して、励磁しな
い状態で、そのチヤツク１０１を押し当てて、チ
ヤツクにピン１０６が挿入されると、その状態を
センサ或いはスイツチ１０２で検出し、電磁的に
チヤツクを行い、ハンドを上昇させる。その状態
で、可動体１００の傾きを第１図に示される電子
制御装置５０で読み取り、予め設定された可動体
１００の正常な姿勢と比較し、許容できる範囲内
であれば、次の工程（第７図参照）へと移行す
る。

もし、可動体１００の姿勢が設定された正常な
姿勢から逸脱する場合には、ハンドを下降させ、
チヤツク１０１からピン１０６を外して、所定位
置にリセツトし、再びトライする。

このように、可動体を支持すると共に、該可動
体の位置の調整を行う電磁石を具備する５軸制御
磁気軸受形手首機構を有するため、ピンのハンド
への装着時の姿勢を監視することができる。

従つて、ピンの姿勢を適切な状態に矯正するこ
とができ、以降の組み立て工程を円滑に行うこと
ができる。

また、各支持要素としての電磁石のゲインを調
整することによつて任意の位置にコンプライアン
スセンタを設定するようにすることもできる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するも
のではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように本発明によれば、 (A) 非接触状態で支持可能な磁気軸受形手首機構
を具備し、該手首機構の先端部に挿入部品を装
着し、該挿入部品の挿入過程での状態の判別と
接触点の位置の推定を手首機構に組み込まれて
いる位置検出装置の出力信号と電磁石の励磁コ
イルの各電流値に基づいて行い、前記挿入部品
の挿入作業を行うための挿入部品の位置、姿勢
の調整を５軸制御磁気軸受形手首機構によつて
能動的に行うようにし、また、 (B) 本発明は、移動可能なハンドと、そのハンド
に組み込まれる可動体を支持すると共に、その
可動体の姿勢を調整可能な電磁石を具備する磁
気軸受形手首機構と、前記可動体の先端に装着
される挿入部品と、その挿入部品の端部に水平
方向の力が印加された場合、前記電磁石によ
り、その挿入部品を並進させる手段と、その挿
入部品の端部にその挿入部品を回転させる力が
印加された場合、前記電磁石により、該挿入部
品をそのコンプライアンスセンタを中心に回転
させる手段とを設けるように構成したので、 (1) 挿入作業の対象となるピンの長さが変化し
ても、これに伴う機械的な変更を伴うことな
く、直ぐに対応でき、弾力的に運用すること
ができる。

(2) 手首機構に連結されるハンドの移動時には
手首機構の剛性を高くして振動を押さえるこ
とができ、作業能率の向上を図ることができ
る。

(3) 磁気駆動形手首機構で非接触、かつ、バネ
を介したようにしてピンを支持しているた
め、従来のように、剛体でピンを把持して穴
の面に衝突させる場合に比べてシヨツクをや
わらげることができる。

(4) 更に、RCCハンドと等価或いは更に機能
が付加されたハンドを構成することができ
る。

(5) 装置を簡素化すると共に、コノパクトに構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る精密自動組立装置の全体
構成図、第２図はその精密自動組立装置の断面
図、第３図はその検出部を示す斜視図、第４図は
可動体に作用する力と座標軸の説明図、第５図は
本発明のピンの挿入作業工程図、第６図は本発明
の穴探索工程の説明図、第７図は本発明の精密自
動組立作業のフローチヤート、第８図は本発明の
面取りがある穴へのピンの挿入作業説明図、第９
図は磁気軸受の模式図、第１０図はピンの状態の
判別とピンの接触点の位置の推定手法の説明図、
第１１図は本発明の面取りがない穴へのピンの粗
位置決め態様の説明図、第１２図は本発明の面取
りがある穴へのピンの粗位置決め態様の説明図、
第１３図乃至第１５図は本発明の磁気形RCC機
構の説明図、第１６図はその磁気RCC機構の回
路図、第１７図はハンドへのピンの装着工程を説
明する平面図、第１８図はハンドへのピンの装着
工程を説明する側面図、第１９図は第１の従来例
を示すRCC機構の構成図、第２０図はそのRCC
機構の動作説明図、第２１図は第２の従来例の動
作説明図、第２２図はその手首機構の斜視図であ
る。２０……５軸制御形磁気軸受形手首機構の外
枠、２１……第１の位置検出装置、２２〜２５…
…第２〜第５の位置検出装置、２６〜２９……第
６〜第９の位置検出装置、３１〜３９，６６，６
７，８４，８５……電磁石、４０，６５，６８，
８２，１００……可動体、４１……チヤツク、４
２，６１，６９，７１，７５，８０，８３，１０
６……ピン、４３，６２，７２，７６，１０７…
…部材、４４，６３，７３，７７，１０８……
穴、５０……制御装置、５１……CPU（中央制御
装置）、５２……メモリ、５３……入出力インタ
ーフエース、５４……デイスプレイ付入出力装
置、５５……電源、５６……パワー制御部、６０
……ロボツト本体制御装置、６４，７８……面取
り部、８１……RCC点、８６，８７……ギヤツ
プセンサ、９１……線形演算回路、９２……線形
演算回路、９３，９４……演算アンプ、１０１…
…チヤツク（電磁チヤツク）、１０２……センサ
或いはスイツチ、１０３……電源、１０４……回
転テーブル、１０５……凹所。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 移動可能なハンドと、 (b) 該ハンドに組み込まれる可動体と、 (c) 該可動体を支持すると共に、該可動体の位置
の調整を行う電磁石を具備する磁気軸受形手首
機構と、 (d) 前記可動体の位置を検出する位置検出装置
と、 (e) 前記可動体の先端部に装着される挿入部品
と、 (f) 該挿入部品が挿入される穴を有する部材と、 (g) 前記挿入部品の前記穴への挿入過程での該挿
入部品の状態の判別と該挿入部品の接触点の位
置を前記位置検出装置の出力信号と前記電磁石
の励磁コイルの電流値に基づいて推定する手段
と、 (h) 該手段からの出力信号に基づいて前記挿入部
品の姿勢の調整を行い、該挿入部品の前記穴へ
の挿入を行うようにしたことを特徴とする精密
自動組立装置。２前記各電磁石のゲインを調整可能にして前記
手首機構の剛性を安定範囲内で任意に設定するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の精密自動組立装置。３前記挿入部品の姿勢の調整は、該挿入部品の
穴への挿入移動距離と、前記挿入部品と穴とのク
リアランス量とに基づいて行うようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精密自動
組立装置。４前記可動体の先端部にはチヤツクを設け、該
チヤツクにより挿入部品を装着するようにしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精密
自動組立装置。５前記挿入部品の装着状態を監視する手段をを
具備するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第４項記載の精密自動組立装置。６ (a) 移動可能なハンドと、 (b) 該ハンドに組み込まれる可動体と、 (c) 該可動体を支持すると共に、該可動体の位置
の調整を行う電磁石を具備する磁気軸受形手首
機構と、 (d) 前記可動体の位置を検出する位置検出装置
と、 (e) 前記可動体の先端部に装着される挿入部品
と、 (f) 該挿入部品が挿入される面取りが施された穴
を有する部材と、 (g) 前記挿入部品の前記穴への挿入過程での該挿
入部品の状態の判別と該挿入部品の接触点の位
置を前記位置検出装置の出力信号と前記電磁石
の励磁コイルの電流値に基づいて推定する手段
と、 (h) 該手段からの出力信号に基づいて前記挿入部
品の姿勢の調整を行い、該挿入部品の前記穴へ
の挿入を行うようにしたことを特徴とする精密
自動組立装置。７前記挿入部品の前記穴への挿入過程での該挿
入部品の状態の判別は該挿入部品に作用する垂直
方向及び水平方向の力の推定に基づくようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の精
密自動組立装置。８ (a) 移動可能なハンドと、 (b) 該ハンドに組み込まれる可動体を支持すると
共に、該可動体の姿勢を調整可能な電磁石を具
備する磁気軸受形手首機構と、 (c) 前記可動体の先端に装着される挿入部品と、 (d) 該挿入部品の端部に水平方向の力が印加され
た場合、前記電磁石により、該挿入部品を並進
させる手段と、 (e) 該挿入部品の端部に該挿入部品を回転させる
力が印加された場合、前記電磁石により、該挿
入部品をそのコンプライアンスセンタを中心に
回転させる手段とを具備してなる精密自動組立
装置。９前記挿入部品は円柱状のピンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいず
れか１項に記載の精密自動組立装置。１０前記穴の形状は円柱状であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか
１項に記載の精密自動組立装置。