JPH08215949A - 部品の自動組付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １対の位置決めピンを有する部品の組付作業
をロボットを用いて行う自動組付装置において、これ
を、ロボットの慣性重量が過大とならずかつに汎用性に
優れたものとする。 【構成】 各々微動機構１８Ａ、１８Ｂを有するロボッ
トを２台用い、これら両ロボット１２Ａ、１２Ｂの微動
機構制御装置を協調制御させることにより、両ロボット
１２Ａ、１２Ｂのハンド１６Ａ、１６Ｂに把持された部
品２の各位置決めピン２ａ、２ｂを、組付対象物４の各
挿入穴４ａ、４ｂに対して位置合わせする微調整を行
う。これにより、各ロボット１２Ａ、１２Ｂの微動機構
１８Ａ、１８Ｂに要求される運動を比較的単純なものと
して、各微動機構１８Ａ、１８Ｂの比較的小型軽量化を
図り、かつその駆動制御を比較的単純なものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ロボットを用いた部
品の自動組付装置、特に、１対の位置決め部を有する部
品を、これら１対の位置決め部に対応する１対の被位置
決め部を有する組付対象物に、各位置決め部と各被位置
決め部とを位置合わせした状態で組み付ける自動組付装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】部品の組付作業においては、一般に、部
品の位置決め部と組付対象物の被位置決め部とを位置合
わせした状態で両者を組み付ける作業が行われるが、近
年この組付作業は産業用のロボットを用いて行われるよ
うになってきている。このように部品組付作業をロボッ
トを用いて行おうとする場合には、部品および組付対象
物間の位置・姿勢の誤差のみならず、部品および組付対
象物自体の製作誤差をも考慮に入れて、部品の位置決め
部と組付対象物の被位置決め部とを位置合わせし得るよ
うにすることが肝要である。

【０００３】このため従来、ロボットを用いた自動組付
装置として、例えば特開平５−２００６３８号公報に開
示されているように、ロボット本体とその先端に取り付
けられたハンドとの間にこれらを相対微動可能に連結す
る微動機構（エンドエフェクタ）を設け、この微動機構
を適宜駆動することにより、部品を把持したハンドの位
置・姿勢を微調整し得るようにしたものが提案されてい
る。

【０００４】ところで、部品が長尺物あるいは重量物で
ある場合等には、これを組付対象物の所定位置に正確に
取り付けることができるようにするため、該部品の２箇
所に位置決め部が設けられること（同時に組付対象物に
は２箇所に被位置決め部が設けられること）が多い。

【０００５】このように１対の位置決め部を有する部品
の組付作業をロボットを用いて行う場合には、各位置決
め部について位置合わせのための微調整を行う必要があ
るが、この微調整を１つの微動機構で行おうとすると、
該微動機構に対して極めて複雑な運動をさせることが必
要となり、微動機構の複雑化・大型化を招き、またその
駆動制御も極めて複雑なものとなる。

【０００６】これに対し、各位置決め部に対応させて微
動機構も２つ設けるようにすれば、各微動機構の複雑化
・大型化を回避することができ、またその駆動制御も比
較的簡易なものとすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに微動機構を２つもロボット本体の先端に設けるよう
にした場合には、微動機構の合計重量はかなり大きなも
のとなるので、ロボットの慣性重量が大きくなってしま
いロボットの制御が行いにくくなる、という問題があ
る。また、微動機構が２つあるロボットは汎用性に乏し
い、という問題もある。

【０００８】本願発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、１対の位置決め部を有する部品の組
付作業をロボットを用いて行う自動組付装置において、
ロボットの慣性重量が過大とならずかつに汎用性に優れ
た自動組付装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、各々微動機
構を有するロボットを２台用いてこれらを協調制御する
ようにすることにより、上記目的達成を図るようにした
ものである。

【００１０】すなわち、請求項１に記載したように、ロ
ボットを用いて、１対の位置決め部を有する部品を、前
記１対の位置決め部に対応する１対の被位置決め部を有
する組付対象物に、前記各位置決め部と前記各被位置決
め部とを位置合わせした状態で組み付ける、部品の自動
組付装置であって、ロボット本体と、このロボット本体
の先端に取り付けられたハンドと、このハンドと前記ロ
ボット本体との間に介設されるとともにこれらを相対微
動可能に連結する微動機構と、この微動機構を駆動制御
する駆動制御手段と、を各々備えたロボットが２台設け
られ、これら各ロボットの前記駆動制御手段が、該ロボ
ットの前記ハンドと他方のロボットの前記ハンドとによ
って把持された前記部品の前記各位置決め部を前記組付
対象物の前記各被位置決め部に対して位置合わせするよ
う、該ロボットの前記微動機構を前記他方のロボットの
前記駆動制御手段と協調して駆動制御するように構成さ
れている、ことを特徴とするものである。

【００１１】上記「位置決め部」および「被位置決め
部」は、典型的には、実施例に示すように「位置決めピ
ン」およびその「挿入穴」で構成されるが、もちろんこ
れに限定されるものではなく、互いに位置合わせ可能な
ものであれば種々の構成が採用可能である。

【００１２】上記「相対微動可能」とは、ロボット本体
の駆動制御のみではその先端のハンドに把持された部品
の位置決め部と組付対象物の被位置決め部との間に位置
ずれが通常不可避的に生じるが、この位置ずれを矯正す
るのに必要な範囲でハンドをロボット本体に対して移動
させることができる、ことを意味するものである。

【００１３】上記「各駆動制御手段による駆動制御」の
方法は、特定の構成に限定されるものではなく、例え
ば、請求項２に記載したように、１対の位置決め部を１
対の被位置決め部に対して同時に位置合わせするように
行う構成、あるいは、請求項３に記載したように、一方
の位置決め部を一方の被位置決め部に位置合わせした
後、他方の位置決め部を他方の被位置決め部に対して位
置合わせするように行う構成等が採用可能である。

【００１４】

【発明の作用効果】１対の位置決め部を有する部品の組
付作業をロボットを用いて行う場合には、各位置決め部
について位置合わせのための微調整を行う必要がある
が、本願発明においては、各々微動機構を有するロボッ
トを２台用いてこれらを協調制御させることにより、ハ
ンドに把持された部品の各位置決め部を組付対象物の各
被位置決め部に対して位置合わせするようになっている
ので、各ロボットの微動機構に要求される運動は比較的
単純なものとなる。このため、各微動機構について比較
的小型軽量化を図りかつその駆動制御を比較的単純なも
のとした上で、上記各位置決め部の微調整を行うことが
できる。

【００１５】したがって、本願発明によれば、１対の位
置決め部を有する部品の組付作業をロボットを用いて行
う自動組付装置において、これをロボットの慣性重量が
過大とならずかつ汎用性に優れたものとすることができ
る。

【００１６】なお、位置決め部および被位置決め部が３
箇所以上にある場合にも、請求項４に記載したように、
位置決め部の数と同じ台数のロボットを用いてこれらを
協調制御するようにすれば、請求項１記載の発明と同様
の作用効果を得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本願発明の
実施例について説明する。

【００１８】図１は、本願発明に係る部品の自動組付装
置の第１実施例を示すシステム概要図である。

【００１９】この自動組付装置１０は、長尺板状の部品
２を組付対象物４に組み付けるための装置であって、同
様の構成を有する２台のロボット１２Ａ、１２Ｂからな
っている。

【００２０】上記部品２には、その長手方向に所定ピッ
チで１対の位置決めピン２ａ、２ｂ（位置決め部）が設
けられており、一方、上記組付対象物４には、これら１
対の位置決めピン２ａ、２ｂに対応する１対の挿入穴４
ａ、４ｂ（被位置決め部）が形成されている。そして、
上記自動組付装置１０は、部品２の各位置決めピン２
ａ、２ｂと組付対象物４の各挿入穴４ａ、４ｂとを位置
合せした状態で、各位置決めピン２ａ、２ｂを各挿入穴
４ａ、４ｂへ挿入することにより、上記組付けを行うよ
うになっている。

【００２１】上記自動組付装置１０を構成する各ロボッ
ト１２Ａ、１２Ｂは、ロボット本体１４Ａ、１４Ｂと、
ハンド１６Ａ、１６Ｂと、微動機構１８Ａ、１８Ｂと、
駆動制御手段（図示せず）とを各々備えてなっている。
なお、以下の説明において、２台のロボット１２Ａ、１
２Ｂの区別をする必要がない場合には、「Ａ」、「Ｂ」
の添字は省略する。

【００２２】上記ロボット本体１４は、市販の一般的な
垂直多関節または直交座標型の位置制御型ロボットの本
体部分である。

【００２３】上記ハンド１６は、把持機能を有する市販
のハンドであって、ロボット本体１４の先端に取り付け
られており、部品２を左右両側から挟んで把持するよう
になっている。その際、ロボット１２Ａのハンド１６Ａ
は位置決めピン２ａの近傍部位において、またロボット
１２Ｂのハンド１６Ｂは位置決めピン２ｂの近傍部位に
おいて、各々部品２を把持するようになっている。

【００２４】上記微動機構１８は、ロボット本体１４と
ハンド１６との間に介設されて両者を相対微動可能に連
結している。この微動機構１８の具体的な構成について
は後述する。

【００２５】上記駆動制御手段は、ハンド１６Ａ、１６
Ｂにより部品２を把持した状態で該部品２を組付対象物
４に略正対する位置まで移動させる組付準備動作と、こ
の組付準備動作完了後の部品２が組付対象物４に対して
組付可能となるよう部品２の位置・姿勢を微調整する微
調整動作と、この微調整動作完了後の部品２を組付対象
物４に組み付ける組付動作と、について駆動制御を行い
得るようになっている。

【００２６】これらのうち、組付準備動作はロボット本
体１４およびハンド１６を駆動制御することにより行わ
れ、微調整動作および組付動作は微動機構１８を駆動制
御することにより行われるようになっており、また、こ
れら各駆動制御は、２台のロボット１２Ａ、１２Ｂの駆
動制御手段が協調して行うようになっている。すなわ
ち、上記微調整動作に関しては、部品２の各位置決めピ
ン２ａ、２ｂを組付対象物４の各挿入穴４ａ、４ｂに対
して位置合わせするよう、各ロボット１２Ａ／１２Ｂの
駆動制御手段が、該ロボット１２Ａ／１２Ｂの微動機構
１８Ａ／１８Ｂを他方のロボット１２Ｂ／１２Ａの駆動
制御手段と協調して駆動制御することにより行われるよ
うになっている。

【００２７】次に、微動機構１８の微調整動作の必要微
動範囲について説明する。

【００２８】図２は、上記組付準備動作が完了した時点
における、部品２と組付対象物４との相対的な位置・姿
勢の誤差および部品・組付対象物自体の製作誤差のう
ち、組付作業に影響する誤差を示した図である。

【００２９】図示した誤差の内容を説明すると以下のと
おりである。なお、以下において、（ ）内の数値は、
現状の組立ラインで発生すると予測されている誤差の最
大値を示すものである。

【００３０】ΔＰ →位置決めピン２ａ、２ｂ間の寸
法誤差（±０．５ｍｍ） Δｐ →挿入穴４ａ、４ｂ中心間の寸法誤差（±０．
５ｍｍ） ΔＲ１→位置決めピン２ａの半径の寸法誤差（±０．
５ｍｍ） ΔＲ２→位置決めピン２ｂの半径の寸法誤差（±０．
５ｍｍ） Δｒ１→挿入穴４ａの半径の寸法誤差（±０．５ｍ
ｍ） Δｒ２→挿入穴４ｂの半径の寸法誤差（±０．５ｍ
ｍ） ΔＸ →部品２と組付対象物４との間のＸ軸方向の相
対位置決め誤差（±２．９ｍｍ） ΔＹ →部品２と組付対象物４との間のＹ軸方向の相
対位置決め誤差（±２．９ｍｍ） Δφ →部品２と組付対象物４との間のＺ軸回りの相
対回転誤差（±２°） 上記９つの誤差を修正するために必要な各微動機構１８
の自由度について説明する。

【００３１】各微動機構１８に必要な自由度は、誤差修
正動作に必要な部品２の操りの自由度と同じである。し
たがって、上記９つの誤差は、部品２のＸＹ平面上の並
進動作とＺ軸回りの回転動作との組合せで修正すること
ができる。このほかに、図２の位置決めピン２ａのみを
組付対象物４に接触させて、ピン挿入穴４ａを探索する
といった動作を行う場合は、Ｙ軸回りの回転動作とＺ軸
方向の並進動作が必要になる。以上をまとめて、位置・
姿勢の誤差修正動作に必要な部品２の操りは、５自由度
以上となる。この様子を図３に示す。

【００３２】よって、各微動機構１８に必要な動作自由
度もＸ、Ｙ、Ｚ各軸方向の並進と、Ｙ、Ｚ各軸回りの回
転の５自由度以上となる。

【００３３】ここで、部品２の組付対象物４に対する組
付方向を鉛直下向きに限定すると、Ｙ、Ｚ各軸回りの回
転動作は必ずしも能動的に動かす必要はない。この理由
を図４および５を用いて説明する。

【００３４】図４は、Ｙ軸回りの回転動作について示す
ものである。図示のように、部品２は、１対の微動機構
１８Ａ、１８Ｂに連結されたハンド１６Ａ、１６Ｂによ
り把持されている。この状態で部品２をＹ軸回りに回転
させるには、一方の微動機構のＸ、Ｙ、Ｚ各軸方向の並
進動作に応じて受動的に回転するＹ軸回りの関節があれ
ばよい。図５では、Ｚ軸回りの回転動作について示して
いる。これもＹ軸回りの回転と同様に、一方の微動機構
のＸ、Ｙ、Ｚ各軸方向の並進動作とそれに応じて受動的
に回転するＺ軸回りの回転関節があればよい。

【００３５】以上から、微動機構１８の構成としては、
Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の並進動作は能動的に動き、Ｙ、Ｚ
各軸回りの回転動作は受動的に動けばよいことがわか
る。

【００３６】図６は、ロボット１２（１２Ａ）の構成を
示すブロック図である。

【００３７】図示のように、ロボット１２の駆動制御手
段は、ロボット本体１４の駆動制御を行うロボットコン
トローラ２０と、ハンド１６および微動機構１８の駆動
制御を行う微動機構制御装置２２とから構成されてい
る。これらロボットコントローラ２０および微動機構制
御装置２２間においては、インタロック信号の授受が行
われ、これにより上記両駆動制御の干渉防止を図るよう
になっている。また、微動機構制御装置２２（２２Ａ）
は、他方のロボット１２（１２Ｂ）の微動機構制御装置
２２（２２Ｂ）とメモリでリンクされている。

【００３８】微動機構１８は、ＸＹテーブル２４と、Ｚ
テーブル２６と、Ｚスプリングユニット２８と、ＸＹス
プリングユニット３０と、Ｙ軸受動関節３２と、Ｚ軸受
動関節３４とからなっている。これら構成要素をスケル
トンで示すと、図７のようになっている。

【００３９】ＸＹテーブル２４は、Ｘ軸方向およびＹ軸
方向の並進動作を行う２軸直交テーブルで構成されてお
り、これら各テーブルはサーボモータおよび回転角検出
用エンコーダを内蔵している。このＸＹテーブル２４
は、Ｘサーボドライバ３６およびＹサーボドライバ３８
の駆動により能動的に動作するようになっている。この
ＸＹテーブル２４の具体的構成は、図８に示すようにな
っており、その主な仕様は、表１に示すとおりである。

【００４０】

【表１】

【００４１】Ｚテーブル２６は、Ｚ軸方向に上下するテ
ーブルであり、中空サーボモータおよび回転角検出用エ
ンコーダを内蔵している。このＺテーブル２６は、Ｚサ
ーボドライバ４０の駆動により能動的に動作するように
なっている。

【００４２】Ｚスプリングユニット２８は微動機構１８
に作用するＺ軸方向の外力を検出するユニットであり、
機械的なバネおよびその変位を測定する変位センサを内
蔵している。そして、このユニット２８の変位情報は微
動機構１８の駆動制御に用いられるようになっている。

【００４３】上記Ｚテーブル２６およびＺスプリングユ
ニット２８の具体的構成は、図９に示すようになってお
り、その主な仕様は、表２に示すとおりである。

【００４４】

【表２】

【００４５】ＸＹスプリングユニット３０は微動機構１
８に作用するＸ軸方向およびＹ軸方向の外力を検出する
ユニットであり、機械的なバネおよびその変位を測定す
る変位センサを内蔵している。そして、このユニット３
０の変位情報は微動機構１８の駆動制御に用いられるよ
うになっている。このＸＹスプリングユニット３０の具
体的構成は、図１０に示すようになっており、その主な
仕様は、表３に示すとおりである。

【００４６】

【表３】

【００４７】Ｙ軸受動関節３２はＹ軸回りの回転をつく
るための受動関節であり、Ｚ軸受動関節３４はＺ軸回り
の回転をつくるための受動関節である。これら各受動関
節３２、３４は、微動機構１８に作用する外力を利用し
て回転変位をつくるようになっている。また、これら各
受動関節３２、３４は、関節のブレーキおよび変位角を
検出するエンコーダを内蔵している。これらＹ軸受動関
節３２およびＺ軸受動関節３４の具体的構成は、図１１
に示すようになっており、その主な仕様は、表４に示す
とおりである。

【００４８】

【表４】

【００４９】微動機構制御装置２２は、各サーボドライ
バ３６、３８、４０および各受動関節３２、３４から入
力されるエンコーダ信号ならびに各スプリングユニット
２８、３０から入力される変位信号に基づいて、各サー
ボドライバ３６、３８、４０に対して各テーブル２４、
２６を駆動するための指令電圧を出力するとともに、各
受動関節３２、３４に対してブレーキＯＮ／ＯＦＦ信号
を出力するようになっている。さらに、微動機構制御装
置２２は、ハンド１６を開閉させるための駆動信号の出
力をも行うようになっている。

【００５０】上記構成により、微動機構１８における
Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の並進動作は能動的に行われ、Ｙ、
Ｚ各軸回りの回転動作は受動的に行われることとなる。

【００５１】次に、微動機構１８の微調整動作における
位置合わせ探索アルゴリズムについて説明する。

【００５２】微調整動作は、基本的に次の２段階に分け
て行われるようになっている。これを考えるものとす
る。図１２を用いて説明する。

【００５３】第１段階：図１２中の位置決めピン２ａ〜
挿入穴４ａの位置合わせ探索 第２段階：図１２中の位置決めピン２ｂ〜挿入穴４ｂの
位置合わせ探索 第１段階の位置合わせ探索は、公知の位置合わせ方法を
用いる。すなわち、図１３に示すように、図１２の状態
から部品２をＹ軸回りに回転させて位置決めピン２ａを
組付対象物４に接触させた後、挿入穴２ｂ付近を渦巻状
に外側へ移動させて探索を行う。

【００５４】第２段階の位置合わせ探索は、図１４に示
すように、位置決めピン２ａを穴４ａ内で移動させなが
ら位置決めピン２ｂ側を円弧運動させて探索を行う。そ
の際、位置決めピン２ａを挿入穴４ａ内で移動させる理
由は、図１５に示すように、部品２、組付対象物４の製
作誤差などから、位置決めピン２ａの中心と挿入穴４ａ
の中心とを一致させても、位置決めピン２ｂは必ずしも
挿入穴４ｂに挿入できるとは限らないからである。

【００５５】図１４において、位置決めピン２ａを動か
す領域の基本的な形状（基本探索領域）を図１６に示
す。また、この基本探索領域に対応する位置決めピン２
ｂの探索領域を図１７に示す。

【００５６】図１６におけるαおよびβは、次の各式 α＝（ΔＰ＋Δｐ＋ΔＲ−ｒ＋Ｒ）＋Δｒ β＝（ΔＰ＋Δｐ＋ΔＲ−ｒ＋Ｒ）＋Δｒ によって算出される値である。

【００５７】上記各式で使用した記号の内容を示すと以
下のとおりである。

【００５８】 ΔＰ：位置決めピン２ａ、２ｂ間の寸法誤差 Δｐ：挿入穴４ａ、４ｂ中心間の寸法誤差 ΔＲ：位置決めピン２ａ、２ｂの半径の寸法誤差の最大
値 Δｒ：挿入穴４ａ、４ｂの半径の寸法誤差の最大値 Δφ：部品２と組付対象物４との間のＺ軸回りの相対回
転角度誤差 Ｒ ：位置決めピン２ａ、２ｂの設計上の半径 ｒ ：挿入穴４ａ、４ｂの設計上の半径 Ｐ：位置決めピン２ａ、２ｂ間、挿入穴４ａ、４ｂ間の
設計上の距離 次に、微動機構制御装置２２によって行われる微動機構
１８の微調整動作を、図１８のフローチャートに従って
説明する。

【００５９】図示のように、微調整動作は、微動機構１
８Ａの微動機構制御装置２２Ａ（「１号機」とする）
と、微動機構１８Ｂの微動機構制御装置２２Ｂ（「２号
機」とする）とが協調して行うようになっている。そし
て、この微調整動作は、大きく分けてステップ１（部品
の降下）とステップ２（接触検出）とステップ３（位置
合わせ探索）とからなっている。なお、各ステップ毎、
そのときの微動機構１８の様子を右側に示したが、これ
らの図では、簡単のためそのステップの動作に関係しな
い微動機構１８の構成要素は省略した。

【００６０】＜ステップ１（部品の降下）＞まず、１号
機２２Ａは、部品降下開始信号を２号機２２Ｂに送信し
た後、部品を降下させる。一方、２号機２２Ｂは、１号
機２２Ａから部品降下開始信号を受けた後、部品を降下
させる。

【００６１】＜ステップ２（接触検出）＞次に、１号機
２２Ａは、上記部品降下の際、位置決めピン２ａと組付
対象物４との接触を監視（スプリングユニットの変位を
監視）し、接触が検出されると、位置決めピン２ａと組
付対象物４との接触が完了したとして、位置決めピン２
ａの接触完了信号を２号機２２Ｂに送信した後、２号機
２２Ｂからの信号の受信待ちとする。一方、２号機２２
Ｂは、上記部品降下の際、位置決めピン２ｂと組付対象
物４との接触を監視（スプリングユニットの変位を監
視）し、接触が検出されると、位置決めピン２ｂと組付
対象物４との接触が完了したとして、１号機２２Ａから
の上記信号を受けた後、位置決めピン２ｂの接触完了信
号を１号機２２Ａに送信する。

【００６２】＜ステップ３（位置合わせ探索）＞次に、
１号機２２Ａ、２号機２２Ｂ共に、後述する探索方法
、、のうちいずれかの方法を用いて位置合わせ探
索を行うが、その際、微動機構１８Ａおよび微動機構１
８Ｂの動作状態（各関節の変位、スプリングユニットの
変位）について相互に通信を行う。そして、上記位置合
わせ探索により位置合わせが完了すると、１号機２２Ａ
は、位置合わせ完了信号を２号機２２Ｂに送信した後、
２号機２２Ｂからの信号の受信待ちとし、２号機２２Ｂ
は、１号機２２Ａからの信号を受けた後、位置合わせ完
了信号を１号機２２Ａに送信する。

【００６３】次に、具体的な位置合わせ探索方法、
、について述べる。

【００６４】＜方法：２箇所同時に位置合わせ探索す
る方法＞図１６に、位置決めピン２ａの基本探索領域を
示したが、この領域を決める誤差の中にはＸＹ平面での
位置決め誤差ΔＸ、ΔＹが含まれていない。そこで、こ
の方法では図１６の探索領域にΔＸ、ΔＹを足したもの
を探索領域とする。この様子を図１９に示す。また、こ
の位置決めピン２ａの探索領域に対応する位置決めピン
２ｂの探索領域を図２０に示す。

【００６５】図２１は、方法を用いた位置合わせ探索
を示すフローチャートである。

【００６６】まず、１号機２２Ａは、探索開始信号を２
号機２２Ｂに送信した後、探索領域内での移動を開始す
る。その際、微動機構１８Ａの動作状態（Ｘ、Ｙ、Ｚテ
ーブル、回転関節の変位など）を２号機２２Ｂに送信す
る。そしてスプリングユニットの変位を監視し、これに
より挿入穴４ａが検出されると、探索を一時停止して挿
入穴４ａの検出確認信号を２号機２２Ｂに送信した後、
２号機２２Ｂからの信号待ちの状態とする。そして、２
号機２２Ｂから挿入穴４ｂの検出信号を受信した後、探
索を終了する。

【００６７】一方、２号機２２Ｂは、１号機２２Ａから
探索開始信号を受けた後、探索領域内での移動を開始す
る。その際、１号機２２Ａからの信号を割込み機能を使
用して受信する（破線で囲んだ部分）。上記探索領域内
での移動中に微動機構１８Ａの動作状態を受信すると、
部品２に一定以上の力が作用しないようにＸ、Ｙ、Ｚテ
ーブルを操作するとともに、スプリングユニットの変位
を監視する。そして、挿入穴４ｂが検出されると、１号
機２２Ａからの挿入穴４ａの検出確認信号の受信を待っ
て、挿入穴４ｂの検出信号を１号機２２Ａに送信した
後、探索を終了する。

【００６８】＜方法：挿入穴４ａ、挿入穴４ｂの順で
位置合わせ探索する方法、その１＞図２２に示すよう
に、方法では、位置決めピン２ｂを一旦組付対象物４
から離し、位置決めピン２ａと組付対象物４とだけを接
触させた状態とする。そして、この状態でまず挿入穴４
ａの探索・検出を行う。位置決めピン２ａの探索範囲は
図１９と同様である。次に、位置決めピン２ａと挿入穴
４ａとの中心を一致させた後、位置決めピン２ｂを組付
対象物４に接触させ、挿入穴４ｂの探索・検出を行う。
なお、挿入穴４ｂを探索するときの位置決めピン２ａお
よび２ｂの移動範囲は図１７の場合と同様である。

【００６９】挿入穴４ａの中心を検出する方法の具体例
としては、図２３に示す中心検出方法１あるいは図２４
に示す中心検出方法２を用いることができる。方法を
用いた位置合わせ探索について説明する前に、これら各
中心検出方法について説明する。

【００７０】（中心検出方法１）図２３（ａ）は、中心
検出方法１のフローチャートであり、図２３（ｂ）は、
このフローチャート中のステップ１〜６における位置決
めピン２ａの移動の様子を示す図である。

【００７１】これらの図に示すように、まず挿入穴４ａ
が検出された位置から位置決めピン２ａをＸプラス方向
へ移動させる（ステップ１）。このときスプリングユニ
ットの変位を監視し、これにより挿入穴４ａのエッジが
検出されたら、今度は位置決めピン２ａをＸマイナス方
向へ移動させる（ステップ２）。このときスプリングユ
ニットの変位を監視し、これにより、挿入穴４ａのエッ
ジが検出されたらＸ方向の中点を算出し、この算出され
た中点に位置決めピン２ａを移動させる（ステップ
３）。

【００７２】次に、この中点位置から位置決めピン２ａ
をＹプラス方向へ移動させる（ステップ４）。このとき
スプリングユニットの変位を監視し、これにより、挿入
穴４ａのエッジが検出されたら、今度は位置決めピン２
ａをＹマイナス方向へ移動させる（ステップ５）。この
ときスプリングユニットの変位を監視し、これにより挿
入穴４ａのエッジが検出されたらＹ方向の中点を算出す
る。この算出された中点が挿入穴４ａの中心点となる。
そこで、この中心点に位置決めピン２ａを移動させる
（ステップ６）。

【００７３】（中心検出方法２）図２４（ａ）は、中心
検出方法２のフローチャートであり、図２４（ｂ）は、
このフローチャート中のステップ１〜４における位置決
めピン２ａの移動の様子を示す図である。

【００７４】これらの図に示すように、まず挿入穴４ａ
が検出された位置から位置決めピン２ａをＸプラス方向
へ移動させる（ステップ１）。このときスプリングユニ
ットの変位を監視し、これにより、挿入穴４ａのエッジ
が検出されたら、一定角度で方向転換して位置決めピン
２ａを移動させる（ステップ２）。このときスプリング
ユニットの変位を監視し、これにより、挿入穴４ａのエ
ッジが検出されたら、再度一定角度で方向転換して位置
決めピン２ａを移動させる（ステップ３）。このときス
プリングユニットの変位を監視し、これにより、挿入穴
４ａのエッジが検出されたら、これまでに検出した３つ
のエッジで形成される三角形の外心を算出する。この算
出された外心が挿入穴４ａの中心点となる。そこで、こ
の中心点に位置決めピン２ａを移動させる（ステップ
４）。

【００７５】図２５は、方法を用いた位置合わせ探索
を示すフローチャートである。

【００７６】まず、１号機２２Ａは、探索開始信号を２
号機２２Ｂに送信する。２号機２２Ｂは、この探索開始
信号を受けると、位置決めピン２ｂを組付対象物４から
離し、その動作が完了すると、動作完了信号を１号機２
２Ａに送信する。１号機２２Ａは、この動作完了信号を
受けると探索領域内での移動を開始する。その際、１号
機２２Ａは、微動機構１８Ａの動作状態（Ｘ、Ｙ、Ｚテ
ーブル、回転関節の変位など）を２号機２２Ｂに送信す
る。２号機２２Ｂは、この動作状態信号を受けると、部
品２に一定以上の力が作用しないようにＸ、Ｙ、Ｚテー
ブルを操作する。そして１号機２２Ａは、スプリングユ
ニットの変位を監視し、これにより挿入穴４ａが検出さ
れると、挿入穴４ａの中心検出動作を上記中心検出方法
１または２を用いて行い、これが検出されると、挿入穴
４ａの中心検出信号を２号機２２Ｂに送信した後、２号
機２２Ｂからの信号待ちの状態とする。

【００７７】一方、２号機２２Ｂは、１号機２２Ａから
の挿入穴４ａの中心検出信号の受信状態の確認を行い、
その受信が確認されると、位置決めピン２ｂを組付対象
物４に再度接触させ、この接触動作の完了信号を１号機
２２Ａに送信した後、挿入穴４ｂの探索動作を開始す
る。その際、２号機２２Ｂは、微動機構１８Ｂの動作状
態（Ｘ、Ｙ、Ｚテーブル、回転関節の変位など）を１号
機２２Ａに送信する。１号機２２Ａは、この動作状態信
号を受けると、部品２に一定以上の力が作用しないよう
にＸ、Ｙ、Ｚテーブルを操作する。そして２号機２２Ｂ
は、スプリングユニットの変位を監視し、これにより挿
入穴４ｂが検出されると、挿入穴４ｂの検出信号を１号
機２２Ａに送信した後、探索を終了する。一方、１号機
２２Ａは、２号機２２Ｂからの挿入穴４ｂの検出信号の
受信状態の確認を行い、その受信が確認されると、探索
を終了する。

【００７８】＜方法：挿入穴４ａ、挿入穴４ｂの順で
位置合わせ探索する方法、その２＞この方法は、上記
方法に対して、挿入穴４ａを検出後その中心位置を求
めずに挿入穴４ｂの探索・検出を行う方法である。探索
開始時の部品２および微動機構１８Ａ、１８Ｂの状態
は、方法と同様である。

【００７９】方法では、挿入穴４ａの中心位置を検出
しないため、挿入穴４ａの探索領域は図２６に示すよう
になる。この領域は、図１６に示した位置決めピン２ａ
の基本探索領域を包含する最小の円になる。

【００８０】図２７は、方法を用いた位置合わせ探索
を示すフローチャートである。

【００８１】まず、１号機２２Ａは、探索開始信号を２
号機２２Ｂに送信する。２号機２２Ｂは、この探索開始
信号を受けると、位置決めピン２ｂを組付対象物４から
離し、その動作が完了すると、動作完了信号を１号機２
２Ａに送信する。１号機２２Ａは、この動作完了信号を
受けると探索領域内での移動を開始する。その際、１号
機２２Ａは、微動機構１８Ａの動作状態（Ｘ、Ｙ、Ｚテ
ーブル、回転関節の変位など）を２号機２２Ｂに送信す
る。２号機２２Ｂは、この動作状態信号を受けると、部
品２に一定以上の力が作用しないようにＸ、Ｙ、Ｚテー
ブルを操作する。そして１号機２２Ａは、スプリングユ
ニットの変位を監視し、これにより挿入穴４ａが検出さ
れると、挿入穴４ａの検出信号を２号機２２Ｂに送信し
た後、２号機２２Ｂからの信号待ちの状態とする。

【００８２】一方、２号機２２Ｂは、１号機２２Ａから
の挿入穴４ａの検出信号の受信状態の確認を行い、その
受信が確認されると、位置決めピン２ｂを組付対象物４
に再度接触させ、この接触動作の完了信号を１号機２２
Ａに送信した後、挿入穴４ｂの探索動作を開始する。そ
の際、２号機２２Ｂは、微動機構１８Ｂの動作状態
（Ｘ、Ｙ、Ｚテーブル、回転関節の変位など）を１号機
２２Ａに送信する。１号機２２Ａは、この動作状態信号
を受けると、部品２に一定以上の力が作用しないように
Ｘ、Ｙ、Ｚテーブルを操作する。そして２号機２２Ｂ
は、スプリングユニットの変位を監視し、これにより挿
入穴４ｂが検出されると、挿入穴４ｂの検出信号を１号
機２２Ａに送信した後、探索を終了する。一方、１号機
２２Ａは、２号機２２Ｂからの挿入穴４ｂの検出信号の
受信状態の確認を行い、その受信が確認されると、探索
を終了する。

【００８３】上記各位置合わせ探索方法、、にお
いて、挿入穴４ｂの探索動作の際の位置決めピン２ｂの
探索軌道の具体例としては、図２８に（１）〜（４）に
示すようなものが採用可能である。

【００８４】上記各探索軌道（１）〜（４）は、いずれ
も、位置決めピン２ｂの探索領域に外接する短冊状領域
内に設定された軌道であって、探索軌道（１）、（２）
は、位置決めピン２ａを中心とする円弧上を折返し探索
する軌道であり、探索軌道（３）は探索領域中心を探索
後、領域全体を探索する軌道であり、探索軌道（４）は
乱数を用いたランダムな軌道である。これらのうち、探
索軌道（１）、（２）を採用すれば、全軌道距離を短く
することができるので、最長探索時間を短くすることが
できる。また、探索軌道（３）を採用すれば、まず挿入
穴４ｂの中心が存在する確率の高い所から探索を行い、
その後、探索領域の全体を探索することになるので、平
均探索時間を短くすることができる。特に、短冊状領域
がＸ軸方向に幅広い場合には、探索軌道（１）、（２）
では折返し回数が多くなるので、探索軌道（３）の採用
が有利である。

【００８５】以上詳述したように、１対の位置決めピン
２ａ、２ｂを有する部品２を、これら位置決めピン２
ａ、２ｂに対応する１対の挿入穴４ａ、４ｂを有する組
付対象物４に組み付ける作業をロボットを用いて行う場
合には、各位置決めピン２ａ、２ｂと各挿入穴４ａ、４
ｂとの位置合わせのための微調整を行う必要があるが、
本実施例においては、各々微動機構１８Ａ、１８Ｂを有
するロボットを２台用い、両ロボット１２Ａ、１２Ｂの
微動機構制御装置２２Ａ、２２Ｂを協調制御させること
により、両ロボット１２Ａ、１２Ｂのハンド１６Ａ、１
６Ｂに把持された部品２の各位置決めピン２ａ、２ｂ
を、組付対象物４の各挿入穴４ａ、４ｂに対して位置合
わせするようになっているので、各ロボット１２Ａ、１
２Ｂの微動機構１８Ａ、１８Ｂに要求される運動は比較
的単純なものとなる。このため、各微動機構１８Ａ、１
８Ｂについて比較的小型軽量化を図り、かつその駆動制
御を比較的単純なものとした上で、上記微調整を行うこ
とができる。

【００８６】したがって、本実施例によれば、１対の位
置決めピン２ａ、２ｂを有する部品２の組付作業をロボ
ットを用いて行う自動組付装置において、これをロボッ
トの慣性重量が過大とならずかつ汎用性に優れたものと
することができる。

【００８７】なお、上記実施例においては、位置決めピ
ンが２箇所にある部品の組付けを行う自動組付装置につ
いて説明したが、位置決めピンが３箇所以上にある部品
の組付けを行う自動組付装置についても、位置決めピン
の数と同じ台数のロボットを用いてこれらを協調制御す
るようにすれば、上記実施例と同様の作用効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る部品の自動組付装置の一実施例
を示すシステム概要図

【図２】上記実施例の組付作業に影響する誤差を説明す
るための図

【図３】上位実施例の微動機構の微調整に必要な自由度
を説明するための図

【図４】上記実施例の組付作業におけるＹ軸回りの回転
動作を示す図

【図５】上記実施例の組付作業におけるＺ軸回りの回転
動作を示す図

【図６】上位実施例のロボットの構成を示すブロック図

【図７】上記微動機構の構成要素をスケルトンで示す図

【図８】上記微動機構のＸＹテーブルの具体的構成を示
す図

【図９】上記微動機構のＺテーブルおよびＺスプリング
ユニットの具体的構成を示す図

【図１０】上記微動機構のＸＹスプリングユニットの具
体的構成を示す図

【図１１】上記微動機構のＹ軸受動関節およびＺ軸受動
関節の具体的構成を示す図

【図１２】上記微動機構を用いた微調整動作を説明する
ための図

【図１３】上記微調整動作の第１段階の位置合わせ探索
の様子を示す図

【図１４】上記微調整動作の第２段階の位置合わせ探索
の様子を示す図

【図１５】上記第２段階の位置合わせ探索において位置
決めピン２ａを挿入穴４ａ内で移動させる理由を示す図

【図１６】上記第２段階の位置合わせ探索における位置
決めピン２ａの基本探索領域を示す図

【図１７】上記基本探索領域に対応する位置決めピン２
ｂの探索領域を示す図

【図１８】上記微調整動作の概要を示すフローチャート

【図１９】上記第２段階の位置合わせ探索における位置
決めピン２ａの実際の探索領域を示す図

【図２０】上記実際の探索領域に対応する位置決めピン
２ｂの探索領域を示す図

【図２１】上記微調整動作における位置合わせ探索方法
を示すフローチャート

【図２２】上記微調整動作における位置合わせ探索方法
の様子を示す図

【図２３】上記位置合わせ探索方法における中心検出
方法１を示すフローチャートおよび説明図

【図２４】上記位置合わせ探索方法における中心検出
方法２を示すフローチャートおよび説明図

【図２５】上記位置合わせ探索方法を示すフローチャ
ート

【図２６】上記微調整動作における位置合わせ探索方法
の位置決めピン２ａの探索領域を示す図

【図２７】上記位置合わせ探索方法を示すフローチャ
ート

【図２８】上記各位置合わせ探索方法、、におけ
る位置決めピン２ｂの探索軌道の具体例を示す図

【符号の説明】

２ 部品 ２ａ、２ｂ 位置決めピン（位置決め部） ４ 組付対象物 ４ａ、４ｂ 挿入穴（被位置決め部） １０ 自動組付装置 １２Ａ、１２Ｂ ロボット １４Ａ、１４Ｂ ロボット本体 １６Ａ、１６Ｂ ハンド １８Ａ、１８Ｂ 微動機構 ２０Ａ、１２Ｂ ロボットコントローラ ２２Ａ、２２Ｂ 微動機構制御装置 ２４ ＸＹテーブル ２６ Ｚテーブル ２８ Ｚスプリングユニット ３０ ＸＹスプリングユニット ３２ Ｙ軸受動関節 ３４ Ｚ軸受動関節 ３６ Ｘサーボドライバ ３８ Ｙサーボドライバ ４０ Ｚサーボドライバ

フロントページの続き (72)発明者 大隅 久 東京都文京区春日１丁目13番27号 中央大 学理工学部精密機械工学科 (72)発明者 新井 民夫 東京都文京区本郷７丁目３番１号 東京大 学工学部精密機械工学科

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットを用いて、１対の位置決め部を
   有する部品を、前記１対の位置決め部に対応する１対の
   被位置決め部を有する組付対象物に、前記各位置決め部
   と前記各被位置決め部とを位置合わせした状態で組み付
   ける、部品の自動組付装置であって、 ロボット本体と、このロボット本体の先端に取り付けら
   れたハンドと、このハンドと前記ロボット本体との間に
   介設されるとともにこれらを相対微動可能に連結する微
   動機構と、この微動機構を駆動制御する駆動制御手段
   と、を各々備えたロボットが２台設けられ、 これら各ロボットの前記駆動制御手段が、該ロボットの
   前記ハンドと他方のロボットの前記ハンドとによって把
   持された前記部品の前記各位置決め部を前記組付対象物
   の前記各被位置決め部に対して位置合わせするよう、該
   ロボットの前記微動機構を前記他方のロボットの前記駆
   動制御手段と協調して駆動制御するように構成されてい
   る、ことを特徴とする部品の自動組付装置。
2. 【請求項２】 前記各駆動制御手段による前記駆動制御
   が、前記１対の位置決め部を前記１対の被位置決め部に
   対して同時に位置合わせするように行われる構成とされ
   ている、ことを特徴とする請求項１記載の部品の自動組
   付装置。
3. 【請求項３】 前記各駆動制御手段による前記駆動制御
   が、一方の前記位置決め部を一方の前記被位置決め部に
   位置合わせした後、他方の前記位置決め部を他方の前記
   被位置決め部に対して位置合わせするように行われる構
   成とされている、ことを特徴とする請求項１記載の部品
   の自動組付装置。
4. 【請求項４】 ロボットを用いて、複数の位置決め部を
   有する部品を、前記複数の位置決め部に対応する複数の
   被位置決め部を有する組付対象物に、前記各位置決め部
   と前記各被位置決め部とを位置合わせした状態で組み付
   ける、部品の自動組付装置であって、 ロボット本体と、このロボット本体の先端に取り付けら
   れたハンドと、このハンドと前記ロボット本体との間に
   介設されるとともにこれらを相対微動可能に連結する微
   動機構と、この微動機構を駆動制御する駆動制御手段
   と、を各々備えたロボットが、前記位置決め部の数と同
   じ台数設けられ、 これら各ロボットの前記駆動制御手段が、該ロボットの
   前記ハンドと他のロボットの前記ハンドとによって把持
   された前記部品の前記各位置決め部を前記組付対象物の
   前記各被位置決め部に対して位置合わせするよう、該ロ
   ボットの前記微動機構を前記他のロボットの前記駆動制
   御手段と協調して駆動制御するように構成されている、
   ことを特徴とする部品の自動組付装置。