JPH071260A - 自動嵌合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ベアリング、カップリング等の嵌
合部品と軸部品等の被挿入部品とを自動的に短時間で嵌
合する方法を提供する。 【構成】 被挿入部品の固定位置が一定しないような組
立ラインにおいても、設備条件、操業条件等を勘案する
ことによって前記嵌合部品と前記被挿入部品の軸芯を短
時間で一致させることができる。又、前記両部品の互い
の面取り部が接触しているか否かを、検出信号の変化率
によって正確に判断することにより、検出信号の絶対的
な値に含まれる誤差に左右されず確実に嵌挿可否判断を
することができる。そして、嵌挿中に反力又はモーメン
トが発生した場合、前記反力又はモーメントを零に近づ
けるように前記検出器から得られる検出信号を用いてア
ームの位置を演算・制御することにより、嵌挿中のかじ
り現象を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、嵌挿孔を有する被挿入
部品、例えばベアリング・ギア・カップリング等と、軸
部品等の嵌合部品を自動的に嵌合させる方法に関し、特
に前述した固定される部品の固定位置にばらつきが生じ
るような場合においても、短時間で効率的に嵌挿させる
ことを可能とする自動嵌合方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】嵌挿孔を有する被挿入部品と軸部品等の
嵌合部品とを嵌合させるに際し、コンプライアンス機構
やコンプライアンス制御を活用し、嵌合作業を自動化す
る試みは従来より数多く提案されており、重量や形状の
変化が少ない量産品の組み立て工程では実用レベルにあ
る。その代表的な例としては、軸端部及び穴円周縁部に
面取り部を持つ嵌合部品と被挿入部品との嵌合作業であ
って、嵌合開始時点における両部品間の芯ずれ量が両部
品の面取り量の和以下に初期設定可能な場合において、
両部品の軸芯合わせを、互いの面取り部分を当接させな
がら、両部品の芯ずれ量を嵌合部品を把持するハンドに
もたせたコンプライアンス機構で吸収させることで、嵌
合を完成させようとするものがある。

【０００３】特開昭６３−５７１２８号公報にて開示さ
れた装置は、軸と穴の間の芯ずれをすべてコンプライア
ンス機構で吸収させようとするものであるが、コンプラ
イアンス機構にロック及びアンロック機構を設けること
により、嵌合部品の初期位置決めのための移動停止後の
振動によって嵌合開始時の嵌合部品と被挿入部品との位
置関係が両者の面取り量の和以上にずれるのを防止し、
直ちに軸芯合わせ及び挿入を行うことを可能にしたもの
である。

【０００４】しかし、このような装置では、事前に嵌合
部品と被挿入部品との軸芯ずれ量を両部品の面取り量の
和以下に設定する必要があり、同一の嵌合部品と被挿入
部品との組合わせを繰り返し処理する量産組立ラインで
は、単一の位置決め運転で比較的容易に達成されるが、
多種多様の形状・重量の嵌合部品を扱おうとする場合に
は、嵌合部品に応じて位置を変更する必要が生じ、制御
が複雑となる。又、嵌合部品と被挿入部品との軸芯ずれ
を全てコンプライアンス機構で吸収させるためには、径
が大きく端面の面取り量も大きな嵌合部品と被挿入部品
に適用する場合には、コンプライアンス機構の固定側と
移動側との相対変位量を大きくする必要があり、構造が
複雑・大型化するという問題がある。

【０００５】又、特開昭５８−５９７９１号公報では、
ロボットアームに接続したコンプライアンス機構の固定
側に対する移動側のずれを認識し、その認識量に基づき
コンプライアンス機構の固定側の位置をロボットにて制
御し、前記ずれ量が零になるよう制御しようとする技術
が開示されており、この技術の適用により嵌合部品と被
挿入部品の軸芯合わせ及び挿入を行うことができる。

【０００６】この技術は、コンプライアンス機構の固定
側と移動側との相対変位量が零領域にあるか否かによっ
て、コンプライアンス機構の固定側の位置をロボットに
より制御するものであるが、嵌合作業において嵌合部品
に掛かる反力やモーメントの絶対的な値の変化を把握し
た方が効率的であるような場合には、対応できないとい
う問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した問題を解決す
るために本出願人は、空間内に固定された嵌合部品に対
して、空間内で移動及び位置決め可能なアームを設けた
ハンドで被挿入部品を把持して自動嵌合を行う嵌合装置
において、アームとハンドとの接続部に微小相対移動が
可能なコンプライアンス機構と、嵌合部品と被挿入部品
が当接した際に発生する反力及びモーメント量を認識
し、その量を信号として出力する反力及びモーメント認
識手段を設け、この反力及びモーメント認識手段の出力
手段の出力信号に基づき、前記アーム位置を演算・制御
する手段を設けた自動嵌合装置を発明し、特願平４−３
２０４２８号として先に出願した。

【０００８】この特願平４−３２０４２８号の発明にお
いては、軸部品等の嵌合部品にベアリング等の嵌挿孔を
有する被挿入部品を当接させた際に発生するモーメント
により前記両部品の軸芯ずれの方向を判断し、この軸芯
ずれが縮小する方向にアームを移動させ、再度嵌合部品
を被挿入部品に当接させ、検出器により検出されるモー
メントが零又は予め設定した許容値以下になるまで前記
操作を繰り返し、その後はコンプライアンス機構により
前記両部品の軸芯を一致させることを特徴とするもので
あり、前述した嵌合操作を自動化する上で効果を発揮し
ている。

【０００９】本発明は、前述した本出願人による嵌合手
段を積極的に活用し、固定される部品の固定位置がばら
ついても極めて短時間に、しかも効率的に嵌合部品の軸
芯と嵌挿孔軸芯を一致させる方法の提供をその課題とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を効果的に解決
する本発明は、嵌挿孔を有する被挿入部品に前記嵌挿孔
へ挿入される嵌合部品を挿入するに際し、前記被挿入部
品もしくは嵌合部品を設定位置に固定するとともに、移
動自在でかつ位置決め可能なロボットアーム先端に相手
部品を把持するハンドと、前記ハンドとアームとの接続
部に微小相対移動が可能なコンプライアンス機構と、前
記嵌合部品と被挿入部品とが当接した際に発生する反力
及びモーメントを検出する検出器とを備えた手先効果器
を設け、前記検出器による検出信号に基づいて前記アー
ム位置を制御しつつ前記嵌合部品と前記被挿入部品の嵌
挿を行う自動嵌合法において、下記の手順に基づき嵌合
部品の軸芯と嵌挿孔軸芯とが一致するよう順次アームを
移動させ、短時間で効率的に嵌合部品を被挿入部品の嵌
挿孔に嵌挿させることを特徴とするものである。 （１）嵌合部品と被挿入部品を当接させ、その際に発生
するモーメントを平面座標ｘ軸及びｙ軸まわりのモーメ
ントとして分割検出する。 （２）前記ｘ軸及びｙ軸まわりのモーメントから嵌挿孔
中心点に対する当該時点における嵌合部品中心点の平面
座標を求める。 （３）次いで前記嵌挿孔中心点から嵌合部品中心点まで
の距離ｌ、及びこの距離ｌのｘ，ｙ両軸方向成分の比を
求めることにより、ｘ，ｙ両軸方向へのアーム移動距離
ｌｘ，ｌｙを算出する。 （４）アームを水平方向に前記移動距離ｌｘ，ｌｙだけ
移動させた後昇降させ再度前記（１）項の操作を行う。 （５）前記（４）項の操作で検出された反力又はアーム
の昇降量を予め設定された軸芯合わせ基準値と比較し、
基準値内であれば嵌挿操作へ移行し、基準値外であれば
下記（６）項の操作へ移行する。 （６）（３）項で算出されるアーム移動距離ｌｘ，ｌｙ
に、設備条件、操業条件等より予め設定される補正係数
αを乗じてアーム移動距離を修正し、この修正アーム移
動距離を基に前記（４）項及び（５）項の操作を行い、
前記軸芯合わせ基準値内となるまでこの軸芯合わせ操作
を繰り返し実施する。

【００１１】又前記自動嵌合方法において、軸芯合わせ
操作から嵌挿操作への移行初期での面取り部接触状況
と、反力もしくはモーメントの単位時間当たりの変化量
との関係から、面取り部接触限界値を予め定め、前記軸
芯合わせ操作から嵌挿操作への移行の際に実測される前
記変化量を前記限界値と比較することにより、面取り部
が接触しているか否かを検出することを他の特徴とす
る。

【００１２】更に又、嵌挿操作中に設定値以上のモーメ
ントが検出された場合、前記モーメントを零に近づける
ように、前記検出器から得られる検出信号によりアーム
の位置を演算・制御することを他の特徴とするものであ
る。

【００１３】

【作用及び実施例】以下に本発明の作用について、まず
被挿入部品を固定する場合について、実施例を示す図面
を用いて説明する。図１は本発明の自動嵌合に用いる装
置の一例を示す構造図である。前記自動嵌合に用いる装
置は、移動自在でかつ位置決め可能なロボットアーム
（以下単にアームと言う）１と、前記アーム１の先端に
装着され、後述する嵌合部品５を把持するハンド４と、
前記ハンド４とアーム１の接続部に装着される微小相対
移動可能なコンプライアンス機構３及び反力・モーメン
トを検出する検出器２とから構成されている。図１にお
いて検出器２、コンプライアンス機構３、ハンド４が本
発明で称する手先効果器９を構成する。６は嵌挿孔６ａ
を有する被挿入部品であり、周知のコンベア等の自動搬
送装置で搬送され、予め決められた所定の位置、つまり
設定位置に固定される。嵌挿孔６ａは本実施例のように
貫通したもの、あるいは図示はしないが貫通していない
有底のものでも上面が開口されておれば本発明を適用す
ることが可能である。６ｂは嵌挿孔６ａの上端に形成さ
れた面取り部を示す。

【００１４】８はアーム位置演算装置を示し、前記検出
器２等から得られる検出信号に基づいてアーム移動量を
演算し、又必要に応じて前記アーム移動量を補正して、
最適アーム位置へのアーム移動量を算出する等の機能を
有する。７はアーム制御装置であり、アーム位置演算装
置８で得られた最適アーム位置にアームを移動させ位置
決めする等のアーム制御を行う。

【００１５】嵌合部品５は、アーム制御装置７を制御す
ることによりハンド４で把持され、設定位置に固定され
た被挿入部品６の上方まで移動された後、アーム位置演
算装置８で算出された最適アーム位置にアーム１を移動
させて位置決めした後、ハンド４を下降させることによ
って嵌挿孔６ａに嵌挿される。

【００１６】本発明においては、前述した嵌合部品５の
軸芯と嵌挿孔６ａの軸芯を一致させるよう位置決めする
操作を軸芯合わせ操作と言い、軸芯合わせ操作が終了
し、嵌合部品５を嵌挿孔６ａ内へ挿入させる操作を嵌挿
操作と言う。

【００１７】次に自動嵌合させる方法について詳しく説
明する。基本的な嵌合方法は前述の通りであるが、嵌挿
孔６ａと嵌合部品５との隙間は極めて小さいことが普通
であり、被挿入部品６の固定位置が変動した場合、前述
した従来の位置決め方法のみでは短時間に軸芯合わせを
行うことはできない。

【００１８】一般的には前述したように嵌合部品５の先
端と嵌挿孔６ａの上端には面取り部５ａ，６ｂが形成さ
れているのが普通であり、前記両軸芯５ｂと６ｃとのず
れが前記面取り量の和以内であれば、コンプライアンス
機構３が有する機能で自動的に軸芯合わせを修正しつつ
嵌挿することも可能であるが、被挿入部品６の固定位置
が前記面取り量の和以上に変動する場合にはこの技術の
適用にも限界がある。

【００１９】そこで本発明においては、以下の手順に基
づきアーム１を順次移動させ、前記軸芯合わせ操作を短
時間で効率よく行うことを可能とした。即ち、ハンド４
で把持された嵌合部品５を被挿入部品６が固定されてい
る位置、詳しくは被挿入部品６の嵌挿孔６ａの上方まで
アーム１を移動させ、その位置でアーム１を下降させて
嵌合部品５を被挿入部品６に当接させる。この状態の一
例を図２に示し、嵌合部品５の軸芯５ｂと、被挿入部品
６の軸芯６ｃが一致していない状態を示す。図３は図２
における嵌合部品５と被挿入部品６の当接部分の平面図
である。

【００２０】このような状態で当接すると、検出器２で
はその際に発生した反力と同時にモーメントが検出され
る。本発明においてはこのモーメントを図３の平面座標
として示すｘ軸及びｙ軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ
として分割検出する。次に前記モーメントＭｘ，Ｍｙ及
び反力Ｆｚより、前記嵌挿孔中心点Ｐ₄ から嵌合部品中
心点Ｐ₃ までの距離ｌ（アーム移動距離）を求める。次
いで、この距離ｌのｘ，ｙ両軸方向成分の比を求める
（後述）ことにより、ｘ，ｙ両軸方向へのアーム移動距
離ｌｘ，ｌｙを算出する。

【００２１】このアーム移動距離ｌｘ，ｌｙの具体的算
出方法は、例えば次のようである。図３に示すように被
挿入部品６の中心Ｐ₄ と嵌合部品５の中心Ｐ₃ とを結ぶ
直線と、嵌合部品５と被挿入部品６との接点Ｐ₁ と結合
部品５の中心Ｐ₃ とを結ぶ直線とがなす角θ₁ が９０度
未満（嵌合部品中心Ｐ₃ が、嵌合部品５と被挿入部品６
との接点Ｐ₁ ，Ｐ₂ を結ぶ線よりＰ₄ 側に位置している
状態）のとき、嵌合部品５は嵌挿孔６ａの中心Ｐ₄ の方
へ傾こうとする。

【００２２】逆に、嵌合部品中心Ｐ₃ が、前記接点
Ｐ₁ ，Ｐ₂ を結ぶ線よりＰ₄ と反対側に位置し、θ₁ が
９０度以上になると嵌合部品５は嵌挿孔６ａの中心Ｐ₄
の方へ傾かないので、嵌合部品５にはモーメントが加わ
らない。従って本発明を適用するには、嵌合部品５を被
挿入部品６に当接させる操作において前記θ₁ が少なく
とも９０度未満となるようにアーム１の位置を制御する
必要がある。この条件は、嵌合部品５の中心Ｐ₃ と被挿
入部品６の中心Ｐ₄ との距離ｌに対する制約として、嵌
合部品５の半径ｒ、面取り部の大きさｃ₁ 、被挿入部品
の面取り部の大きさｃ₂ によって次のように定まる。 ｌ＜｛２ｒ（ｃ₂ ＋ｃ₁ ）＋ｃ₂ ² −ｃ₁ ² ｝^1/2 ……………（１） 従って、アーム移動距離ｌが、（１）式の範囲となるよ
うにアーム制御装置７を制御して、前述した最初の当接
操作を行わせればよい。

【００２３】（１）式が満たされると嵌合部品５と被挿
入部品６は２点Ｐ₁ ，Ｐ₂ で接することになるが、嵌合
部品５が受ける鉛直方向（ｚ軸方向）の反力Ｆｚは２点
Ｐ₁，Ｐ₂ の中点Ｐ₅ で受けることと同じになり、ｘ軸
まわりにモーメントＭｘ、ｙ軸まわりにモーメントＭｙ
が発生する。そして前記Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙから、嵌合部
品中心Ｐ₃ とＰ₁ ，Ｐ₂ の中点Ｐ₅ との間の距離ｌ₀ が
求まり、更にｌ₀ のｘ軸成分ｌ_0xとｌ₀ のｙ軸成分ｌ_0y
の比はＭｘとＭｙの比と同じであることから、ｌ_0x，ｌ
_0yが求められる。

【００２４】一方、三角形Ｐ₁ Ｐ₄ Ｐ₅ と三角形Ｐ₁ Ｐ
₃ Ｐ₅ において ｌ₂ ² −（ｌ₀ ＋ｌ）² ＝ｌ₁ ² −ｌ₀ ² その結果 ｌ＝｛ｌ₂ ² −ｌ₁ ² −ｌ₀ ² ｝^1/2 −ｌ₀ となり、ｌ₁ とｌ₂ が既知であるので嵌合部品５の中心
Ｐ₃ と被挿入部品６の中心Ｐ₄ との距離ｌ（アーム移動
距離）が求められる。このアーム移動距離ｌに対するｘ
軸成分ｌｘとｙ軸成分ｌｙの比は、前述したｌ_0xとｌ_0y
の比、即ちＭｙとＭｘの比に等しいことから、前記アー
ム移動距離ｌが求められるとそのｘ軸成分ｌｘとｙ軸成
分ｌｙを求めることも容易に可能である。

【００２５】アーム移動距離ｌ（ｌｘ，ｌｙ）が求めら
れた後は、アーム１を上昇（ｚ軸方向に退避）させ、次
いで水平方向に前記移動距離ｌｘ，ｌｙだけ移動させ、
再度被挿入部品６の方へ下降させ、嵌合部品５が被挿入
部品６に当接した際に発生する前記反力Ｆｚ及び基準レ
ベルからのアーム降下量（以下総称して検出値という）
を検出する。アーム位置演算装置８には、これらの検出
値に対応する軸芯合わせ基準値が記憶されている。

【００２６】反力Ｆｚについては、その大きさが軸芯合
わせ基準値を超えない状態のとき、軸芯が一致している
ものと認識してアームを下降させつづけ、自動的に嵌挿
操作へと連続する。Ｆｚの大きさが軸芯合わせ基準値を
超えたときは、軸芯が一致していないものと認識して嵌
挿不可能と判断する。基準レベルからのアーム降下量に
ついては、その大きさが軸芯合わせ基準値を超えると
き、軸芯が一致しているものと認識して嵌挿操作へ移行
する。基準レベルからのアーム降下量が軸芯合わせ基準
値を超えないときは、軸芯が一致していないものと認識
して嵌挿不可能と判断する。

【００２７】本実施例においては、検出された反力Ｆｚ
及び基準レベルからのアーム降下量が、アーム位置演算
装置８において軸芯合わせ基準値と比較されることと
し、反力Ｆｚとの比較により嵌挿が不可能であることを
判断し、基準レベルからのアーム降下量との比較により
嵌装が可能であることを判断する。

【００２８】具体的には、まず反力Ｆｚが軸芯合わせ基
準値と比較され、軸芯合わせ基準値に達すると嵌挿不可
能と判断され、再度先に述べた方法でアーム移動距離を
算出し、ここまでの操作を繰り返す（後に詳述）。嵌挿
不可能と判断されなければ（まだ嵌挿の可否は不明）、
次にアーム降下量が軸芯合わせ基準値と比較され、軸芯
合わせ基準値に達すると嵌装可能と判断されて嵌挿操作
へ移行する。嵌挿可能と判断されなければ（まだ嵌挿の
可否は不明）、アームを一定量降下させた後、反力Ｆｚ
が軸芯合わせ基準値と比較される段階まで戻って上記操
作を繰り返す。嵌装可能と判断されれば、次の嵌挿操作
へ移行する。

【００２９】このように、軸芯合わせ基準値は、予め嵌
合部品５及び嵌挿孔６ａの大きさ、隙間量、面取り量、
コンプライアンスでの吸収量等に応じて反力Ｆｚあるい
はモーメントＭｘ，Ｍｙの大きさ、あるいは基準レベル
からの昇降量として設定しておけばよい。

【００３０】前述した演算制御の結果にかかわらず、検
出値が軸芯合わせ基準値との比較により嵌挿不可能と判
断された場合には、再度軸芯合わせ操作を行う。このよ
うな状態は検出器２やアーム制御装置７等設備条件、あ
るいは被挿入部品６の搬送速度や精度等の操業条件の僅
かな変動等によって生じる。そこで本発明では再度の軸
芯合わせ操作において、これらの設備条件や操業条件を
考慮した補正係数αを用いて前述したアーム移動距離ｌ
ｘ，ｌｙを修正することによって、より効率的な軸芯合
わせ操作を可能とした。

【００３１】この補正係数は同一設備、同一操業条件で
の実績をもとに予め設定しておけばよい。例えば補正係
数αが０．５と設定された場合、嵌合部品５が被挿入部
品６に当接した際に検出された検出値をもとに、前述し
た方法により求められたアーム移動距離ｌｘ，ｌｙに補
正係数αの０．５を乗じる。即ち求められたアーム移動
距離ｌｘ，ｌｙの半分の距離のみアーム１を移動させ
る。このような操作を行うことによって、結果的には全
体の軸芯合わせ操作時間を短時間で効率的に行えること
が多くの実験により確認された。

【００３２】さて、前述した軸芯合わせ操作において、
検出値と軸芯合わせ基準値との比較により嵌挿可能と判
断され、嵌挿操作へ移行すると、嵌合部品５は嵌挿孔６
ａに順次に挿入されていく。ところで嵌挿可能となるた
めには、理論的には嵌合部品５の軸芯５ｂと嵌挿孔６ａ
の軸芯６ｃのずれ量が、（コンプライアンス機構により
このずれ量を吸収するために）嵌合部品５の面取り量ｃ
₁ と嵌挿孔６ａの面取り量ｃ₂ の和以下となる必要があ
る。このことは逆の表現をすると、嵌合部品５と嵌挿孔
６ａが互いの面取り部で当接すれば理論的には嵌挿可能
である、ということになる。

【００３３】しかし、互いの面取り部が接触している場
合、嵌合部品５の軸芯５ｂと嵌挿孔６ａの軸芯６ｃの角
度ずれ等の影響を受けるコンプライアンス機構３の挙動
を把握することは困難であり、従って検出器２で検出さ
れる反力及びモーメントの挙動の把握も困難である。互
いの面取り部が当接しているにもかかわらず、軸合わせ
基準値以上の反力が検出され、嵌挿不可能と判断される
こともある。

【００３４】本発明においては、かかる状態が生じ得る
軸芯合わせ操作から嵌挿操作への移行初期において、面
取り部接触の有無を以下に述べる方法を用いて正確に検
出することにより、嵌挿の可否をより正確に判断し、よ
り短時間での自動嵌合を可能とした。

【００３５】相互の面取り部が接触するときには、この
接触面で摩擦力が働き、この摩擦力が前記接触面での最
大静止摩擦力に至るまでは、嵌合部品５にかかる反力Ｆ
ｚは増加する。ところが前記摩擦力が前記最大静止摩擦
力を超えた瞬間に嵌合部品５はコンプライアンス機構３
の働きにより嵌挿孔６ａの面取り部６ｂに沿って移動す
るので、前記反力Ｆｚは瞬間的に急減し、モーメントは
反力Ｆｚの作用点が嵌挿孔６ａの中心の方へ移動する等
の現象により、急増する。

【００３６】従って、前記軸芯合わせ操作において嵌合
部品５を被挿入部品６の方へ移動させている過程で、嵌
合部品５にかかる反力又はモーメントの単位時間当たり
の変化量がある一定の値を超えるか否かによって、相互
の面取り部が接触しているか否かが判ることになる。本
実施例においては前記面取り部接触限界値は前記反力の
単位時間当たりの変化量について定めることとした、更
に、当該設備条件や操業条件等に応じて面取り部の接触
状況と、前記反力Ｆｚ及びモーメントＭｘ，Ｍｙの単位
時間当たりの変化量との関係を求めておき、面取り部が
接触している限界値を設定しておけば、軸芯合わせ操作
から嵌挿操作への移行初期に検出される前述した検出値
を、面取り部接触限界値と比較することによって、面取
り部が接触しているか否かを正確に把握することが可能
である。

【００３７】次に面取り部を通過し、嵌合部品５が被挿
入部品６の更に下方へ挿入されると、コンプライアンス
機構３の調整機能で、多少の軸芯の角度ずれ等を吸収し
つつ嵌挿操作が行われるが、製作誤差や嵌合部品５の把
持不良等により、嵌挿操作中に鉛直方向の反力Ｆｚだけ
でなく、ｘ軸方向の反力Ｆｘやｙ軸方向の反力Ｆｙが発
生し、モーメントＭｘ，Ｍｙが増大し、嵌合部品５と被
挿入部品６の間でかじり現象が発生して嵌挿が不可能と
なる場合がある。

【００３８】本発明においてはこのような現象にも対応
するため、嵌挿操作中においても検出器２からの検出さ
れる前記検出値を監視し、前記モーメントが零に近づく
ようにアーム位置を演算し、アームを制御する。この場
合のアーム移動量の決め方は、先に述べたように嵌合部
品５に働く反力のかかり方が軸芯合わせ操作の段階と嵌
挿操作の段階とでは異なるので、軸芯合わせ操作と同様
の方法をとることは困難である。

【００３９】即ち、ＦｘやＦｙの影響でＭｙやＭｘの値
が増大したとき、軸芯合わせ操作の際に用いた計算方法
で嵌合部品５の軸芯５ｂと被挿入部品６の軸心６ｃの距
離ｌを算出すると、実際のｌよりも極過少な値となって
しまう。従って、この極過少なｌを用いてアームを制御
しても有効な制御とはならない。

【００４０】そこで、嵌挿操作でのアームの制御におい
ては、アームの移動量をアームの移動精度等の設備条
件、嵌合隙間等の操業条件等から適切に定められる微小
な一定値とし、アームの移動方向をＭｘとＭｙとの比か
ら算出するものとした。

【００４１】以上により検出器２で得られる検出信号
が、設備条件、操業条件等が原因となって所望の値とし
て得られない場合でも、短時間で効率的に嵌合部品５と
被挿入部品６の軸芯合わせを可能とし、又、正確に面取
り部の接触の有無を検出し、更に、嵌挿中のかじり現象
を防止する自動嵌合方法が実現される。

【００４２】一方、嵌合部品を設定位置に固定し、被挿
入部品をハンドで把持する場合（以下、この場合をケー
ス２と称し、先に説明した、被挿入部品を固定して嵌合
部品をハンドで把持する場合をケース１と称する）の自
動嵌合方法においては、以下の点を考慮して最初の当接
操作を行う必要がある。図４は、前述した角θ₁ が９０
度を超えた状態で被挿入部品６が嵌合部品５に当接する
場合の、当接面の平面図（図４（ａ））と、被挿入部品
６のｘ軸での断面図（図４（ｂ））である。図４に示す
ように、前述した角θ₁ が９０度を超えた状態で被挿入
部品６が嵌合部品５に当接する場合、被挿入部品６には
ｙ軸まわりにモーメントが発生する（ケース１ではθ₁
が９０度を超える状態で嵌合部品５が被挿入部品６に当
接する場合、嵌合部品５にはモーメントは発生しな
い。）。そして、θ₁ が９０度より大きい状態で前記両
部品間の軸芯間の距離ｌが小さくなっていくとき、前記
被挿入部品６に働く反力Ｆｚの作用点Ｐ₅ と被挿入部品
６の中心Ｐ₄ との距離ｌ₃ が小さくなっていくので、前
記モーメントも小さくなっていき、θ₁ が９０度のとき
最小となる。

【００４３】ケース２で、θ₁ が９０度より小さい状態
で被挿入部品６が嵌合部品５に当接している場合の、当
接面の平面図（図５（ａ））と、被挿入部品６のｘ軸で
の断面図（図５（ｂ））を図５に示す。この場合も、被
挿入部品６にはｙ軸まわりにモーメントが発生する。そ
して、θ₁ が９０度よりも小さい状態で前記両部品間の
軸芯間の距離ｌが小さくなっていくとき、前記ｌ₃ は大
きくなっていく。

【００４４】従って、ｌの大きさが違うにもかかわら
ず、図４のようにｌ₃ の大きさが同じになる（被挿入部
品６に働くモーメントが同じになる）場合もあり得るの
で、ケース２においては、ｌの算出に際して、検出器２
でＭｘ，Ｍｙが検出されたときのθ₁ が、９０度より大
きいか小さいかを把握する必要がある。但し、最初の当
接操作において（１）式の条件を満足させれば、θ₁ が
常に９０度より小さくなるので、θ₁ の大きさを把握す
る必要はない。

【００４５】よって、被挿入部品を把持する場合の自動
嵌合方法は、最初の当接操作における（１）式の制約の
成立過程が異なることになるが、基本的には同じ自動嵌
合方法を用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の実施により固定される部品の固
定位置が一定しないような組立ラインにおいても、設備
条件、操業条件等を勘案することによって嵌合部品と被
挿入部品の軸芯を短時間で一致させることができる。
又、前記両部品の互いの面取り部が接触しているか否か
を、検出信号の変化率によって正確に判断することによ
り、検出信号の絶対的な値に含まれる誤差に左右されず
確実に嵌挿可否判断をすることができる。そして、嵌挿
中に反力又はモーメントが発生した場合、前記反力又は
モーメントを零に近づけるように前記検出器から得られ
る検出信号を用いてアームの位置を演算・制御すること
により、嵌挿中のかじり現象を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動嵌合方法に用いる装置の一例を示
す構造図である。

【図２】アーム１を下降させて嵌合部品５を被挿入部品
６に当接させた状態の一例を示した構造図である。

【図３】図２における嵌合部品５と被挿入部品６の当接
部分の平面図である。

【図４】被挿入部品を把持し嵌合部品に当接させたとき
の当接面の平面図（（ａ））及び被挿入部品と嵌合部品
の断面図（（ｂ））である。（θ＞９０度）

【図５】被挿入部品を把持し嵌合部品に当接させたとき
の当接面の平面図（（ａ））及び被挿入部品と嵌合部品
の断面図（（ｂ））である。（θ＜９０度）

【符号の説明】

１ アーム ２ 検出器 ３ コンプライアンス機構 ４ ハンド ５ 嵌合部品 ５ａ 嵌合部品の面取り部 ５ｂ 嵌合部品の軸芯 ６ 被挿入部品 ６ａ 嵌挿孔 ６ｂ 被挿入部品の面取り部 ６ｃ 被挿入部品の軸芯 ７ アーム制御装置 ８ アーム位置演算装置 ９ 手先効果器 ｌ 嵌合部品の軸芯と嵌挿孔の軸芯間の距離 ｌｘ ｌのｘ軸方向成分 ｌｙ ｌのｙ軸方向成分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 嵌挿孔を有する被挿入部品に、前記嵌挿
   孔へ挿入される嵌合部品を挿入するに際し、前記被挿入
   部品もしくは嵌合部品を設定位置に固定するとともに、
   移動自在でかつ位置決め可能なロボットアーム先端に相
   手部品を把持するハンドと、前記ハンドとアームとの接
   続部に微小相対移動が可能なコンプライアンス機構と、
   前記嵌合部品と被挿入部品とが当接した際に発生する反
   力及びモーメントを検出する検出器とを備えた手先効果
   器を設け、前記検出器による検出信号に基づいて前記ア
   ーム位置を制御しつつ前記嵌合部品と前記被挿入部品の
   嵌挿を行う自動嵌合法において、下記手順に基づき嵌合
   部品の軸芯と嵌挿孔の軸芯が一致するよう順次アームを
   移動させ、短時間で効率的に嵌合部品と被挿入部品の嵌
   挿を実現することを特徴とする自動嵌合方法。 （１）嵌合部品と被挿入部品を当接させ、その際に発生
   するモーメントを平面座標ｘ軸及びｙ軸まわりのモーメ
   ントとして分割検出する。 （２）前記ｘ軸及びｙ軸まわりのモーメントから嵌挿孔
   中心点に対する当該時点における嵌合部品中心点の平面
   座標を求める。 （３）次いで前記嵌挿孔中心点から嵌合部品中心点まで
   の距離ｌ、及びこの距離ｌのｘ，ｙ両軸方向成分の比を
   求めることにより、ｘ，ｙ両軸方向へのアーム移動距離
   ｌｘ，ｌｙを算出する。 （４）アームを水平方向に前記移動距離ｌｘ，ｌｙだけ
   移動させた後昇降させ再度前記（１）項の操作を行う。 （５）前記（４）項の操作で検出された反力又はアーム
   昇降量を予め設定された軸芯合わせ基準値と比較し、基
   準値内であれば嵌挿操作へ移行し、基準値外であれば下
   記（６）項の操作へ移行する。 （６）（３）項で算出されるアーム移動距離ｌｘ，ｌｙ
   に、設備条件、操業条件等より予め設定される補正係数
   αを乗じてアーム移動距離を修正し、この修正アーム移
   動距離を基に前記（４）項及び（５）項の操作を行い、
   前記軸芯合わせ基準値内となるまでこの軸芯合わせ操作
   を繰り返し実施する。
2. 【請求項２】 軸芯合わせ操作から嵌挿操作への移行初
   期における面取り部接触状況と、反力もしくはモーメン
   トの単位時間当たりの変化量との関係から、面取り部接
   触限界値を予め定め、前記軸芯合わせ操作から嵌挿操作
   への移行の際に実測される前記変化量を前記限界値と比
   較することにより、面取り部接触の有無を検出すること
   を特徴とする、請求項１記載の自動嵌合方法。
3. 【請求項３】 嵌挿操作中に設定値以上のモーメントが
   検出された場合、前記モーメントを零に近づけるよう
   に、前記検出器から得られる検出信号によりアームの位
   置を演算・制御する手法を特徴とする、請求項１記載の
   自動嵌合の方法。