KR102091917B1

KR102091917B1 - 기어 기구의 조립 장치 및 조립 방법

Info

Publication number: KR102091917B1
Application number: KR1020177037067A
Authority: KR
Inventors: 히데시 야마네; 준 다케바야시; 슈헤이 구라오카; 다쓰히로 우토; 신이치 후지사와; 아키오 요다; 히로유키 미즈모토
Original assignee: 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2020-03-20
Also published as: TW201703952A; DE112016002353T5; WO2016190124A1; JP6614805B2; CN107614195B; CN107614195A; JP2016215345A; TWI613054B; US20180207755A1; KR20180012789A

Abstract

본 장치(1)는, 제1, 제2의 기어를 촬상하는 제1, 제2의 촬상 장치(21, 22)와, 제1의 촬상 장치(21)를 설치한 로봇(2)과, 제1의 촬상 장치(21)의 화상을 처리하여 제2의 기어(43)의 감입 위치 및 제1의 기어의 위상을 취득하고, 제2의 촬상 장치(22)의 화상을 처리하여 제2의 기어(43)의 위상 및 제2의 기어(43)의 기어축의 위치를 취득하는 화상 처리 시스템(11)을 구비한다. 화상 처리 시스템(11)으로 취득된 정보에 의거하여 로봇(2)을 제어하고, 핸드(3)에 유지된 제2의 기어(43)의 기어축을 제2의 기어(43)의 감입 위치에 위치 맞춤하고, 제2의 기어(43)의 위상을 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤하여 기어 기구를 조립한다. 로봇을 이용하여 기어끼리 감합하여 기어 기구를 지장 없이 조립할 수 있다.

Description

기어 기구의 조립 장치 및 조립 방법

본 발명은, 기어끼리 감합하여 기어 기구를 조립하기 위한 기어 기구의 조립 장치 및 조립 방법에 관한 것이다.

최근, 제조 현장에 있어서는, 생력 자동화, 작업 시간의 단축, 비용 삭감 등을 위해, 장치나 기계 등의 제품의 제조에 있어서, 로봇을 사용하여 조립하는 시스템이 폭넓게 실용화되고 있다. 제품의 조립에 있어서는, 축 구멍에 축을 삽입하는 등의 감합 작업 등을 행할 필요가 있으므로, 로봇을 사용한 축 등의 삽입이나 감합에 관해, 지금까지 여러 가지 개발이 이루어져 왔다.

축 구멍에 축을 삽입하기 위해서는, 삽입되는 축 구멍의 위치와 방향에 대해서, 삽입하는 축의 위치와 방향을 일치시키도록, 로봇으로 유지한 축의 동작을 제어할 필요가 있다. 이러한 동작을 기구에 의해 실현하는 것으로서, 종래, RCC(Remote Center Compliance) 기구가 이용되었다. 그러나, RCC는 용수철 등의 탄성체를 이용하여, 축 구멍의 방향 어긋남 등에 대해서 축을 추종시켜 삽입하였으므로, 연직 하방을 향한 조립 작업(종조 작업)이 아닌, 횡방향을 향한 조립 작업(횡조 작업)에 있어서는 대응이 곤란했다.

이에 반해, 특허 문헌 1에서는, 쿠션 기구부와 RCC 기구부와 워크척 기구부가 연접된 로봇 핸드에 있어서, 상기 워크척 기구부를 상기 RCC 기구부 내에 조립함으로써, 중량에 의한 RCC 기구의 처짐을 작게 하여, 종조 작업 뿐만 아니라 횡조 작업도 가능하게 하고 있다.

일본특허공개 평8-52682호 공보

그러나, 상기 서술한 RCC를 채용한 종래의 로봇 핸드는, 단순한 원형 단면의 축 구멍에 단순한 원형 단면의 축을 삽입하는 것을 대상으로 한 것이다. 이 때문에, 예를 들어, 기어끼리 감합하여 기어 기구를 조립하는 등의 경우에는, 로봇에 의한 자동화가 매우 곤란하거나, 혹은 불가능했다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 로봇을 이용하여 기어끼리를 감합하여 기어 기구를 지장 없이 조립할 수 있는 기어 기구의 조립 장치 및 조립 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 양태는, 제1의 기어에 제2의 기어를 감합하여 기어 기구를 조립하기 위한 기어 기구의 조립 장치로서, 상기 제2의 기어를 유지하기 위한 핸드를 갖는 로봇과, 상기 핸드에 설치되며, 상기 제1의 기어를 촬상하기 위한 제1의 촬상 장치와, 상기 제2의 기어를 촬상하기 위한 제2의 촬상 장치와, 상기 제1의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하고, 상기 제2의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 위상 및 상기 제2의 기어의 기어축의 위치를 취득하는 화상 처리 시스템을 구비하고, 상기 화상 처리 시스템에 의해 취득된 정보에 의거하여 상기 로봇을 제어하여, 상기 핸드에 유지된 상기 제2의 기어의 상기 기어축을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치에 위치 맞춤함과 함께, 상기 제2의 기어의 위상을 상기 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤함으로써, 상기 로봇을 이용하여 상기 기어 기구를 조립하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2의 양태는, 제1의 양태에 있어서, 상기 화상 처리 시스템이, 상기 제1의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제1의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하는 제1의 화상 처리 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3의 양태는, 제2의 양태에 있어서, 상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며, 상기 제1의 화상 처리 수단은, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점에 가장 가까운 위치에 있는 골 부분의 무게중심을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4의 양태는, 제2의 양태에 있어서, 상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며, 상기 제1의 화상 처리 수단은, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 촬상 장치의 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점으로부터의 상기 외접원 상의 길이가, 상기 원호에 있어서 상기 접점에 가장 가까운 위치에 존재하는 골 부분의 무게중심과 상기 접점 사이의 상기 원호의 원주 상의 길이와 동일해지는 상기 외접원의 원주 상의 점을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5의 양태는, 제1의 양태 내지 제4의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 화상 처리 시스템이, 상기 제2의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제2의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치, 및 상기 제2의 기어의 위상을 취득하는 제2의 화상 처리 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6의 양태는, 제5의 양태에 있어서, 상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 취득된 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7의 양태는, 제6의 양태에 있어서, 상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 취득한 후, 상기 핸드를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 제2의 촬상 장치에 의해 상기 제2의 기어를 재차 촬상하고, 재차의 촬상 화상에 의거하여 상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 재차 취득하고, 이들 전후 2회에 걸쳐 취득한 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 관한 정보에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8의 양태는, 제1의 양태 내지 제7의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 제2의 기어는, 모터의 출력축에 설치되어 있고, 상기 핸드는, 상기 모터를 파지하도록 구성되어 있고, 상기 모터가 장착되는 대상물까지의 거리를 측정하기 위한 광학 센서가 상기 핸드에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9의 양태는, 제1의 양태 내지 제8의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 기어 기구는, 유성 기어 기구이며, 상기 제1의 기어가 상기 유성 기어 기구의 유성 기어이고, 상기 제2의 기어가 상기 유성 기어 기구의 태양 기어인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10의 양태는, 로봇을 이용하여 제1의 기어에 제2의 기어를 감합하여 기어 기구를 조립하는 기어 기구의 조립 방법으로서, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하는 제1의 기어 계측 공정과, 상기 제2의 기어의 위상 및 기어축의 위치를 취득하는 제2의 기어 계측 공정을 구비하고, 상기 제1의 기어 계측 공정 및 상기 제2의 기어 계측 공정에 의해 취득된 정보에 의거하여 상기 로봇을 제어하여, 상기 로봇의 핸드에 유지되어 있는 상기 제2의 기어의 상기 기어축을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치에 위치 맞춤함과 함께, 상기 제2의 기어의 위상을 상기 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤함으로써, 상기 로봇을 이용하여 상기 기어 기구를 조립하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11의 양태는, 제10의 양태에 있어서, 상기 제1의 기어 계측 공정이, 상기 핸드에 설치된 촬상 장치를 이용하여 상기 제1의 기어의 화상을 취득하여 화상 처리를 행하는 제1의 화상 처리 공정을 가지며, 상기 제1의 화상 처리 공정이, 상기 제1의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제1의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12의 양태는, 제11의 양태에 있어서, 상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며, 상기 제1의 화상 처리 공정에 있어서, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점에 가장 가까운 위치에 있는 골 부분의 무게중심을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제13의 양태는, 제11의 양태에 있어서, 상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며, 상기 제1의 화상 처리 공정에 있어서, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점으로부터의 외접원 상의 길이가, 상기 원호에 있어서 상기 접점에 가장 가까운 위치에 존재하는 골 부분의 무게중심과 상기 접점 사이의 상기 원호의 원주 상의 길이와 동일해지는 상기 외접원의 원주 상의 점을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제14의 양태는, 제10의 양태 내지 제13의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 제2의 기어 계측 공정이, 상기 제2의 기어의 화상을 취득하여 화상 처리하는 제2의 화상 처리 공정을 가지며, 상기 제2의 화상 처리 공정이, 상기 제2의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제2의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제2의 기어의 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치, 및 상기 제2의 기어의 위상을 취득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제15의 양태는, 제14의 양태에 있어서, 상기 제2의 화상 처리 공정에 의해 취득된 상기 제2의 기어의 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16의 양태는, 제15의 양태에 있어서, 상기 제2의 기어 계측 공정에 있어서 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 취득한 후, 상기 핸드를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 제2의 기어를 재차 촬상하고, 재차의 촬상 화상에 의거하여 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 재차 취득하고, 이들 전후 2회에 걸쳐 취득한 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 관한 정보에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제17의 양태는, 제10의 양태 내지 제16의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 제2의 기어는, 모터의 출력축에 설치되어 있고, 상기 핸드는, 상기 모터를 파지하도록 구성되어 있고, 상기 모터가 장착되는 대상물까지의 거리를, 상기 핸드에 설치된 광학 센서에 의해 계측하고, 그 계측 결과에 의거하여 상기 대상물에 있어서의 베이스 좌표계를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제18의 양태는, 제10의 양태 내지 제17의 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 기어 기구는, 유성 기어 기구이며, 상기 제1의 기어가 상기 유성 기어 기구의 유성 기어이고, 상기 제2의 기어가 상기 유성 기어 기구의 태양 기어인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 로봇을 이용하여 기어끼리 감합하여 기어 기구를 지장 없이 조립할 수 있는 기어 기구의 조립 장치 및 조립 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기어 기구의 조립 장치의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 실시 형태의 제1의 화상 처리부에 의한 유성 기어 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어의 축심이 되어야 하는 목표 위치 및 유성 기어의 위상을 산출하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 실시 형태를 이용하여, 감속기 기어의 위상과 모터측 기어의 위상을 정밀하게 위치 맞춤하기 위한 모터측 기어의 위상을 산출하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 실시 형태를 이용하여, 출력축의 선단부 중심 위치의 산출 좌표값 P, P'에 의거하는 출력축의 선단부 중심 위치의 보정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기어 기구의 조립 장치, 및 이 조립 장치를 사용한 기어 기구의 조립 방법으로 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 기어 기구의 조립 장치(1)는, 기어의 조립에 사용하는 로봇(이하 「작업 로봇」이라 함)(2), 작업 로봇(2)의 손목부에 장착되어 워크를 파지하는 핸드(3), 작업 로봇(2)의 동작을 제어하는 로봇 제어 장치(4), 화상 처리 시스템(11), 제1의 촬상 장치(21) 및 제2의 촬상 장치(22)를 구비하고 있다.

핸드(3)에는, 추가로, 레이저 거리 센서 등으로 이루어진 광학 센서(23)가 장착되어 있다. 광학 센서(2)를 이용하여, 워크를 장착하는 대상물까지의 거리 등을 측정할 수 있다.

화상 처리 시스템(11)은, 제1의 촬상 장치(21)에 의해 촬상한 화상의 처리를 행하는 제1의 화상 처리부(12)와, 제2의 촬상 장치(22)에 의해 촬상한 화상의 처리를 행하는 제1의 화상 처리부(13)를 구비하고 있다. 한편, 제1의 화상 처리부(12)와 제2의 화상 처리부(13)는, 하드웨어로서 완전히 독립된 기기여도 되고, 하드웨어로서는 일체인 기기 내에 배치되고, 기기 내부에서 일부 공통 요소를 가지면서 서브 컴포넌트로서 구성되어 있어도 되고, 나아가 기기 내부의 하드웨어로서도 일체인데, 소프트웨어로서 일부 공통 요소가 있어도 서브 컴포넌트로서 구성되어 있는 것이어도 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 작업 로봇(2)은, 6축을 갖는 다관절형 로봇을 사용하고, 로봇 제어 장치(4)에 의해, 손목부를 공간의 임의의 위치와 방향, 및 동작 경로의 제어가 행해진다. 단, 본 발명에 있어서의 작업 로봇은, 6축 다관절형 로봇으로 한정되는 것은 아니다.

제1의 촬상 장치(21), 제2의 촬상 장치(22)에는, CCD 카메라 등이 사용된다.

본 실시 형태에 있어서 조립의 대상으로 하는 기어 기구는, 중심에 배치한 1개의 태양 기어의 주위에 3개의 유성 기어를 갖는 기구로 하고 있다. 단, 본 발명에 따른 기어 기구의 조립 장치에 의해 조립 가능한 기어 기구는, 이 구성의 기어 기구로 한정되는 것은 아니다.

본 실시 형태에 있어서의 기어 조립 장치(1)는, 예를 들면, 제작 조립 중인 로봇(이하, 「제품 로봇」이라 함)(61)의 구동축에 이미 조립되어 있는 감속기 기어(31)(도 2)에 대해서, 모터(41)의 출력축(42)에 장착된 모터측 기어(43)(도 3)를 감합하여, 출력축(42)을 감속기 기어(31) 중에 꽂아 넣어 감속기 기어(31)와 모터측 기어(43)를 조립하는 작업을 행하는 것이다.

이 때문에, 제품 로봇(61)의 구동축으로 장착되는 모터(41)의 출력축(42)의 축방향은, 일반적으로, 연직 방향으로 한정되지 않고, 수평 방향으로 배치되는 경우가 많으므로, 수평 방향으로 배치되는 출력축(42)을 갖는 모터(41)의 모터측 기어(43)를 작업 로봇(1)에 의해 감속기 기어(31)에 조합하는 작업은, 횡조 작업이 된다.

또한, 모터측 기어(43)는, 출력축(42) 및 모터(41)와 일체가 된 상태이므로, 작업 로봇(1)의 핸드(3)에 의해 파지되는 워크는 일반적으로 매우 고중량이다. 본 실시 형태는, 이와 같이, 조합하는 기어를 포함하는 워크가 고중량이며, 횡조 작업에 의한 기어의 조립을 작업 로봇에 의해 행하는 경우에도 지장 없이 대응할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 기어 기구에서는, 모터(41)의 출력축(42)에 장착되는 모터측 기어(43)를 조립하는 유성 기어(44)는, 감속기의 케이싱 내에 조립되어 있고, 케이싱의 외부로부터는, 출력축(42)을 케이싱 내에 삽입하기 위한 삽입 구멍(46)을 통해서만 보이는 상태로 되어 있다.

모터측 기어(43)를 유성 기어(44)에 감합하여 조립하기 위해서는, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치에 출력축(42)의 선단부 축심을 일치시키고, 또한 모터측 기어(43)의 위상을 유성 기어(44)의 위상에 대응하는 방향으로 출력축(42)의 각도를 조정하여, 출력축(42)을 유성 기어(44)의 내부에 삽입하여 조립할 필요가 있다.

그러므로, 본 실시 형태에 있어서는, 우선, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치 및 유성 기어(44)의 위상을 계측한다.

이하, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치 및 유성 기어(44)의 위상을 계측하는 방법에 대해서, 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서는, 계측을 행하는 이들 2개의 양을 「감속기 기어의 특성 정보」라 한다.

기어의 조립 작업 전에, 작업 로봇(2)의 핸드(3)에 장착된 제1의 촬상 장치(21)에 의해 삽입 구멍(46)을 통과하여 감속기 기어(31)를 포함하는 화상을 촬상하고, 제1의 촬상 장치(21)로 촬상한 화상을, 화상 처리 시스템(11)의 제1의 화상 처리부(12)에 있어서 화상 처리를 행하고, 감속기 기어의 특성 정보를 산출한다.

감속기 기어의 특성 정보의 계측은, 로봇 제어 장치(4)로부터 제1의 화상 처리부(12)로의 지령 신호에 의해 개시되고, 당해 지령 신호를 받은 제1의 화상 처리부(12)는, 제1의 촬상 장치(21)에 대해서 촬상 지령 신호를 송신하고, 제1의 촬상 장치(21)에 의해 촬상이 행해진다. 촬상된 화상은, 상기한 바와 같이, 제1의 촬상 장치(21)로부터 제1의 화상 처리부(12)에 송신되고, 화상 처리되어 산출값이 로봇 제어 장치(4)에 송신된다.

<감속기 기어의 특성 정보의 산출 방법>

감속기 기어의 특성 정보 중, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치는, 모든 유성 기어(44)에 둘러싸인 영역에 있어서, 모든 유성 기어(44)로부터 등거리에 있는 점으로서 산출하여 특정한다.

감속기 기어(31)의 골 부분과 모터측 기어(43)의 산 부분이 일치하도록, 모터측 기어(43)를 감속기 기어(31)의 내부에 삽입함으로써 양 기어를 서로 감합할 수 있다. 이를 위해서는, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치를 기준으로 하여, 유성 기어(44)의 골 부분의 방향(이하 「유성 기어의 위상」 또는 「감속기 기어의 위상」이라 함)을 계측하고, 모터측 기어(43)의 산 부분의 방향(이하 「모터측 기어의 위상」이라 함)을, 기본적으로는, 상기에 의해 계측되고 유성 기어(44)의 위상의 방향으로 조정하여 위치 맞춤함으로써 실행할 수 있다.

여기서, 정확하게 위치 맞춤을 행하기 위해서는, 유성 기어(44)의 골 부분에 대해서 특정 위치를 선정할 필요가 있다. 이 특정 위치로는, 예를 들면, 피치 원의 골 부분의 중점 등을 생각할 수 있지만, 화상 처리 등의 용이함 등도 고려하여, 본 실시 형태에 있어서는, 유성 기어(44)의 골 부분의 무게중심으로 한다. 한편, 삽입하는 모터측 기어(43)의 산 부분에 대한 특정 위치도 마찬가지로, 기어의 피치 원의 산 부분의 중점 등을 생각할 수 있지만, 선 대칭인 기어의 산 부분의 중심선의 방향을 기본으로 한다.

이하, 제1의 화상 처리부(12)에 의한 감속기 기어(31)의 위상의 산출 방법에 대해서, 도 2에 의거하여, 처리 순서에 따라 설명한다.

(1) 유성 기어(44)의 영역 검출

촬상 화상을 2치화 등 그 밖의 화상 처리 수단을 이용하여 유성 기어(44)의 부분의 윤곽선을 추출하고, 미리 기억해 둔 유성 기어(44)의 형상과의 패턴 매칭에 의해, 유성 기어(44)의 영역의 검출을 행한다. 한편, 유성 기어(44)의 영역은, 도 2에 있어서, 유성 기어(44)의 톱니형(齒型) 형상의 경계선과 삽입 구멍(46)의 원호에 둘러싸인 부분이다.

(2) 유성 기어(44)의 골 부분의 무게중심을 통과하는 원호의 산출

상기 (1)에 의해 검출된 유성 기어(44)의 영역에 의거하여, 검출된 영역에 존재하는 복수의 골 부분을 추출하고, 추출된 복수의 골 부분의 무게중심(E)의 위치를 산출한 후, 이들 무게중심(E)의 위치를 지나는 3개의 원호(a_i)(i=1, 2, 3)를 산출한다.

(3) 3개의 원호(a_i)의 외접원(b)의 산출

상기 (2)에서 산출된 3개의 원호(a_i) 모두에 외접하는 외접원(b) 및 그 중심점(B)을 산출한다. 중심점(B)이, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치가 된다.

외접원(b)이, 유성 기어(44)와 감합하는 모터측 기어(43)에 대응하고, 중심점(B)이 모터측 기어(43)의 축심에 대응하기 때문에, 이하, 외접원(b)을 「모터측 기어 삽입축 구멍」, 외접원의 중심점(B)을 「삽입축 구멍 축심」이라 부르는 경우가 있다.

또한, 상기에서는, 3개의 유성 기어를 갖는 유성 기어 기구의 경우에 대해서 설명하였지만, 4개 이상의 유성 기어 기구인 경우여도, 상기와 동일한 방법으로 외접원(b) 및 외접원(b)의 중심점(B)을 산출하여, 유성 기어(44) 내에 있어서 조립 후에 모터측 기어(43)의 축심이 되어야 하는 목표 위치를 취득할 수 있다.

또한, 유성 기어의 개수가 2개인 유성 기어 기구의 경우에는, 다음의 방법에 의해 외접원(b) 및 그 중심점(B)을 산출할 수 있다.

상기와 동일한 방법에 의해, 2개의 원호를 산출하고, 그 2개의 원호의 중심점을 산출한다. 다음에, 이들 원호의 중심을 잇는 선분과 2개의 원호의 교점(2개)을 산출하고, 이들 2개의 교점을 직경으로 하여, 2개의 교점을 잇는 선분의 중점을 중심(B)으로 하는 원(b)을 산출함으로써, 외접원(b)과 그 중심(B)을 구할 수 있다.

(4) 원호(a_i)와 외접원(b)의 접점(D)으로부터 가장 가까운 골 부분의 무게중심(E)에 대한 중심점(B)으로부터의 방향의 산출

3개의 원호(a_i) 중 1개의 원호를 선정하여, 선정된 원호(a_i)와 원(b)의 접점(D)으로부터 가장 가까운 무게중심(E)을 선택하고, 원(b)의 중심점(B)으로부터 무게중심(E)의 방향을 산출한다. 모터측 기어(43)의 축심을 기준으로 하여, 방향 BE가, 유성 기어(44)의 골 방향이므로, 모터측 기어 삽입축 구멍에 삽입하여 감합해야 하는 모터측 기어의 산 부분의 중심선(선 대칭인 기어의 산 부분의 중심선)의 방향이라고 근사할 수 있다. 이에 따라, 유성 기어(44)의 모터측 기어 삽입축 구멍 내에 모터측 기어(43)를 조립할 때에는, 모터측 기어(43)의 기어의 산 부분의 중심선 방향을 상기에서 산출한 방향 BE가 되도록 조정하여 삽입할 수 있다.

단, 유성 기어의 형상, 치수에 따라서는, 기어의 피치, 피치 원 등의 (상호)관계에 따라, 삽입축 구멍 축심을 기준으로 한 모터측 기어(43)의 산 부분의 중심선 방향과 유성 기어(44)의 골 부분의 무게중심의 방향(방향 BE)의 어긋남이 커지고, 모터측 기어(43)의 산 부분의 중심선 방향을 유성 기어(44)의 골 부분의 무게중심의 방향과 일치시켜 모터측 기어(43)를 유성 기어(44) 내에 삽입해도, 양 기어의 감합이 어려워지는 경우가 있다.

이러한 경우에는, 유성 기어(44) 내에 삽입하고자 하는 모터측 기어(43)의 방향을, 유성 기어(44)의 골 부분의 무게중심의 방향이 아닌, 다음의 방법에 의해 도출한 방향으로 조정하여, 모터측 기어(43)를 유성 기어(44) 내에 조립하는 것으로 한다.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 원호(a_i)의 원주 상의 접점(D)과 무게중심(E)의 길이(DE)를 산출하여, 외접원의 원주 상에 있어서의 접점(D)으로부터의 길이가, 상기 원주 상의 길이(DE)와 동일해지는 점(F)을 산출하고, 유성 기어(44)의 모터측 기어 삽입축 구멍 내에 모터측 기어(43)를 조립할 때는, 모터측 기어(43)의 기어의 산 부분의 중심선 방향이, 상기에서 산출한 방향 BF가 되도록 조정하여 삽입하는 것으로 한다. 이에 따라, 접점(D)과 무게중심(E)의 거리가 큰 경우여도, 모터측 기어(43)와 유성 기어(44)의 감합을 정확하게 행할 수 있다.

<모터측 기어의 계측>

작업 로봇을 이용한 기어의 조립 작업에 있어서는, 재치대 상에 재치되어 있는 모터(41)를 핸드(3)로 파지하여 조립 작업을 행하기 때문에, 작업마다 핸드(3)에 의한 모터(41)의 파지 위치에 어긋남이 발생한다. 이 파지 위치의 어긋남으로 인해, 모터(41)의 출력축(42)의 선단부 중심 위치 및 축선 방향에 어긋남이 생긴다. 또한, 재치대 상에 재치되어 있는 모터측 기어(43)의 위상은 임의적이므로, 핸드(3)에 파지된 직후 상태에 있어서는, 모터측 기어(43)의 위상은 특정되어 있지 않다.

이 때문에, 모터측 기어(43)를 감속기 기어(31)에 감합하여 조립하기 위해서는, 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 축선 방향의 어긋남, 및 모터측 기어(43)의 위상을 계측하여, 이들 계측 정보에 의거하여, 출력축(42)의 선단부 위치와 축선 방향, 및 모터측 기어(43)의 위상을, 각각 감속기 기어(31)에 있어서의 삽입축 구멍 축심과 삽입축 구멍 축선 방향, 및 유성 기어(44)의 위상에 일치하도록 작업 로봇(2)의 동작 제어를 행할 필요가 있다.

모터측 기어(43)의 계측은, 로봇 제어 장치(4)로부터 제2의 화상 처리부(13)로의 지령 신호에 따라 개시되고, 당해 지령 신호를 받은 제2의 화상 처리부(13)는, 제2의 촬상 장치(22)에 대해서 촬상 지령 신호를 송신하고, 제2의 촬상 장치(22)에 의해 촬상이 행해진다. 이때, 작업 로봇(1)은, 핸드(3)로 파지한 모터(41)를, 제2의 촬상 장치(22)의 시야 범위에 이동시킨다. 촬상된 화상은, 제2의 촬상 장치(22)로부터 제2의 화상 처리부(13)에 송신되고, 화상 처리되어 산출된 모터측 기어(43)의 위상 등이 로봇 제어 장치(4)에 송신된다.

제2의 화상 처리부(13)에 의해 산출된 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 축선 방향의 어긋남 및 모터측 기어(43)의 위상은, 작업 로봇(2)의 로봇 제어 장치(4)에 송신되고, 툴 좌표계의 재설정 및 모터측 기어(43)의 동작 제어 실행을 위해 사용된다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서의 작업 로봇(2)의 툴 좌표계는, 출력축(42)의 모터(41)의 근원부의 평면을 XY 좌표면, 출력축(42)의 축선을 Z 좌표축(출력축 선단부로 향하는 방향이 정방향)으로 하는 좌표계로서 설정되고, 모터측 기어(43)를 감속기 기어(31)에 조립할 때는, 작업 로봇(2)에 의해 파지되어 있는 모터(41)를 툴 좌표계 Z축 방향으로 동작시키도록 제어된다.

또한, 제2의 화상 처리부(13)에 있어서의 모터측 기어(43)의 위상 및 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 근원부 중심 위치의 산출 방법에 대해서는, 이하의 <출력축(42)의 축심 방향의 수정 방법>의 항에 있어서, 자세하게 설명한다.

<출력축(42)의 축심 방향의 수정 방법>

이하, 제2의 화상 처리부(13)에 의한 화상 처리 방법을 포함하여, 모터측 기어(43)의 위상의 계측 및 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 축선 방향의 어긋남을 계측하고, 그 계측 결과에 의거하여, 출력축(42)의 축심 방향을 수정하는 방법에 대해서, 상세하게 설명한다.

(1) 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 모터측 기어(43)의 위상의 계측

작업 로봇(2)을 동작시켜, 출력축(42)의 선단이 제2의 촬상 장치(22) 쪽을 향하고, 출력축(42)의 축선이 제2의 촬상 장치(22)의 렌즈 광축과 대략 일치하는 위치이며, 제2의 촬상 장치(22)에 대해서 적어도 출력축의 길이보다 긴 거리를 떨어진 위치에 핸드(3)를 이동한다.

그 후, 제2의 촬상 장치(22)에 의해, 출력축(42)의 선단부 및 모터측 기어(43)가 시야 범위에 포함되도록 하여 촬상한다. 제2의 촬상 장치(22)에 의해 취득된 화상은, 제2의 화상 처리부(13)에 송신되고, 제2의 화상 처리부(13)에 의해 출력축(42)의 선단부 중심 위치 P와 모터측 기어(43)의 위상이 산출된다.

제2의 화상 처리부(13)에 의한 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 모터측 기어(43)의 위상의 산출 방법에 대해서, 이하에 설명한다.

(i) 출력축(42)의 선단부 중심 위치의 산출

우선, 2치화 처리 등 그 밖의 수법을 이용하여, 모터측 기어(43)의 윤곽선을 추출하고, 미리 기억해 둔 모터측 기어(43)의 형상과의 패턴 매칭에 의해, 모터측 기어(43)의 영역의 검출을 행한다. 그 후, 검출된 모터측 기어(43)의 영역에 의거하여, 출력축(42)의 선단부 중심 위치 P를 산출한다.

(ii) 모터측 기어(43)의 위상의 산출

상기 (i)에 의해 검출된 모터측 기어(43)의 영역에 의거하여, 모터측 기어(43)의 산 부분을 추출하고, 특정한 산 부분의 정점 N을 선택하여, 상기 (i)에서 산출된 선단부 중심 위치 P로부터 선택된 정점 N에 대한 방향 PN을 생성한다. 이 방향 PN을 모터측 기어(43)의 위상으로 한다.

(2) 출력축(42)의 근원부의 중심 위치의 산출

작업 로봇(2)을 동작시켜, 출력축(42)의 축선 방향으로 제2의 촬상 장치(22)로부터 멀어지는 방향으로 출력축(42)의 길이에 상당하는 거리만큼 모터(41)를 후퇴시킨 후, 제2의 촬상 장치(22)에 의해, 출력축(42)의 근원부가 시야 범위에 포함되도록 촬상한다. 제2의 촬상 장치(22)에 의해 취득된 화상은, 제2의 화상 처리부(13)에 송신되고, 제2의 화상 처리부(13)에 의해 2치화 처리 등의 수법을 이용하여, 출력축(42)의 근원부의 윤곽선을 추출하고, 근원부의 단면 형상이 원형이라는 형상적 특징을 이용하여, 출력축(42)의 근원부 중심 위치 Q를 산출한다.

(3) 출력축(42)의 축심 방향을 수정

(3-1) 출력축(42)의 선단부 중심 위치의 계측(재계측)

모터측 기어(43)를 감속기 기어(31)에 조립하는 작업을 작업 로봇(2)에게 시키는 경우에는, 감속기 기어(31)의 삽입축 구멍 축심 및 삽입축 구멍 축심 방향에 대해서 출력축(42)의 선단부 중심 및 축심을 일치시켜 조립 로봇(2)을 동작 제어하기 위해, 상기 서술한 툴 좌표계가 설정되어 있다.

작업 로봇(2)의 핸드(3)에 파지된 모터(41)를, 상기 툴 좌표계 Z축 둘레로 미리 설정한 각도 θ만큼 회전시킨 후, 그 자세를 유지하여, 작업 로봇(2)을 동작시켜, 상기 (1)에 있어서의 계측 위치에 핸드(3)를 이동한 후, 제2의 촬상 장치(22)에 의해, 출력축(42)의 선단부 및 모터측 기어(43)가 시야 범위에 포함되도록 하여 촬상한다.

촬상 화상을 제2의 화상 처리부(23)에 의해, 2치화 처리 등 그 밖의 수법을 이용하여, 모터측 기어(43)의 윤곽선을 추출하고, 미리 기억해 둔 모터측 기어(43)의 형상과의 패턴 매칭에 의해, 모터측 기어(43)의 영역의 검출을 행한다. 그 후, 검출된 모터측 기어(43)의 영역에 의거하여, 재계측된 출력축(42)의 선단부 중심 위치 P'를 산출한다.

(3-2) 출력축(42)의 근원부의 계측

작업 로봇(2)을 동작시켜, 출력축(42)의 축선 방향으로 제2의 촬상 장치(22)로부터 멀어지는 방향으로 출력축(42)의 길이에 상당하는 거리만큼 모터(41)를 후퇴시킨 후, 제2의 촬상 장치(22)에 의해, 출력축(42)의 근원부가 시야 범위에 포함되도록 하여 촬상한다. 촬상 화상을 제2의 화상 처리부(23)에 의해 2치화 처리 등의 수법을 이용하여, 출력축(42)의 근원부의 윤곽선을 추출하고, 근원부의 단면 형상이 원형인 것을 이용하여, 재계측된 출력축(42)의 근원부 중심 위치 Q'를 산출한다.

(3-3) 출력축(42)의 정밀한 축선 방향의 산출

작업 로봇(2)의 핸드(3)에 파지된 모터(41)를 툴 좌표계 Z축 둘레로 각도 θ 회전시킨 경우, 회전 중심인 툴 좌표계 Z축 상에 존재하는 점은, 물리적으로 불변이므로, 제2의 촬상 장치(22)에 의한 촬상 화상에 있어서의 위치도 마찬가지로 불변인 점으로부터, 카메라 좌표계(CCD 카메라의 CCD 등의 촬상면을 XY면으로 하고, 촬상면의 중심을 원점으로 하는 좌표계)에 있어서도 불변이다.

그러나, Z축 상에 존재하지 않는 점은, Z축 둘레의 회전에 수반하여 회전 변위(이동)하고, 그 이동량은, Z축으로부터의 거리의 증감에 따라 증감하는 결과, 카메라 좌표계에 있어서의 계측 좌표값도 마찬가지로 이동한다.

이에, 이 물리적 성질을 이용하여, 모터(41)를 툴 좌표계 Z축 둘레로 각도 θ 회전시킨 경우에 있어서의 계측 대상점의 이동량의 계측값에 의거하여, 계측 대상점의 툴 좌표계 Z축으로부터의 어긋남량을 산출할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 그 산출 어긋남량에 의거하여, 출력축(42)의 정밀한 축선 방향을 산출한다.

상기 (4)와 (5)에 의해, 재취득된 출력축(42)의 선단부 중심 위치 및 근원부 중심 위치의 좌표값을 이용한, 보다 정밀한 출력축(42)의 축심 방향을 산출하는 방법으로 대해서, 도 4를 참조하면서, 이하에 상세하게 설명한다.

(i) 산출 좌표값 P, P'에 의거하는 출력축(42)의 선단부 중심 위치의 보정

작업 로봇(2)의 핸드(3)에 파지된 모터(41)를 툴 좌표계 Z축 둘레로 각도 θ 회전시키면, 출력축(42)의 선단부 중심이 툴 좌표계 Z축 상에 존재하지 않으면, 출력축(42)의 선단부 중심 위치의 카메라 좌표계의 XY 좌표값은, 도 3에 나타내는 바와 같이, P로부터 P'로 이동(변위)한다. 카메라 좌표계에 있어서 P로부터 P'를 향하는 이동 벡터를 벡터 V₁로 하면, 벡터 V₁는, P, P'의 산출 좌표값으로부터 산출할 수 있다.

따라서, 도 4에 의거하여, 벡터 V₁과 θ를 이용하여, 하기 방법에 의해, P로부터 툴 좌표계 원점을 향한 벡터 V₂를 구할 수 있으므로, 현재의 툴 좌표계에 있어서의 출력축(42)의 선단부 중심 위치에 벡터 V₂를 합성함으로써, 정밀한 출력축(42)의 선단부 중심 위치를 구할 수 있다.

즉, 우선, P와 P'의 좌표값으로부터 벡터 V₁(크기 L₁, 카메라 좌표계 X축으로부터의 각도 α₂)을 산출하고, 이들 산출된 값을 이용하여, 툴 좌표계 원점으로부터 P를 향한 벡터 V₁(크기 L, 카메라 좌표계 X축으로부터의 각도 α)를 다음 식에 의해 구한다.

L=L₁/(2·sin(θ/2))

α=α₂-(π/2＋θ/2)

상기에서 구한 벡터 V₁을, 현재의 툴 좌표계 원점 위치에 합성함으로써, 출력축(42)의 정밀한 선단부 중심 위치 P*를 산출한다.

(ii) 산출 좌표값 Q, Q'에 의거하는 출력축(42)의 근원부 중심 위치의 보정

출력축(42)의 근원부 중심 위치에 대해서도, 상기 (i)과 동일한 방법에 의해, 산출 좌표값 Q, Q'에 의거하여 보정하고, 출력축(42)의 정밀한 근원부 중심 위치 Q*를 산출한다.

(iii) 모터(41)의 출력축(42)의 정밀한 축심 방향의 산출

상기 (i)와 (ii)에서 산출한 P*와 Q*에 의거하여, 출력축(42)의 정밀한 축심 방향 C*를 산출한다.

(3-4) 출력축(42)의 축심 방향을 수정

상기에 의해 산출된 출력축(42)의 정밀한 근원부 중심 위치 Q* 및 선단부 중심 위치 P*, 및 정밀한 축심 방향 C*에 의거하여, Q*를 툴 좌표계 원점, C를 툴 좌표계 Z축과 새로운 툴 좌표계가 되도록 다시 설정한다.

<모터측 기어와 감속기 기어의 조립 방법>

본 실시 형태에 따른 기어 조립 장치에 의거하는 모터측 기어(43)와 감속기 기어의 조립 방법을, 이하에 상세하게 설명한다.

(1) 모터 장착 평면의 측정

핸드(3)가 모터(41)를 파지하고 있지 않은 상태에서 작업 로봇(1)을 구동하여, 핸드(3)에 장착된 광학 센서(레이저 거리 센서 등)(23)를 이용하여, 모터(41)를 장착하는 평면(예를 들면, 제품 로봇(61)의 암 부재의 표면)의 위치(로봇 베이스 좌표계)를 생성한다. 즉, 광학 센서(23)로 검출한 3점을 통과하는 평면을 산출하고, 로봇 베이스 좌표계에서의 평면 기울기(삽입축 방향)를 결정한다.

(2) 모터 감합부의 중심 위치의 측정

모터(41)를 장착하는 대상의 부재(예를 들면, 제품 로봇(61)의 암 부재)에 있어서의, 가공 정밀도가 높은, 모터 감합부(원 형상의 삽입구)의 엣지를, 상기 서술한 광학 센서(거리 센서)(23)로 센싱한다. 이때, 작업 로봇(2)의 핸드(3)는, 내측으로부터 외측을 향해 이동하면서 거리 센서 측정값을 감시하고, 단차 부분을 검출한다. 여기서, 처리 속도 향상을 위해, 내측에서부터 외측을 향해 조(粗) 센싱, 외측에서부터 내측을 향해 상세(詳細) 센싱의 2단계로 센싱을 실시한다.

상기 서술한 센싱에 의해 검출한 3개소의 위치를 통과하는 원의 중심 위치(로봇 베이스 좌표계)를 산출하고, 모터 감합부의 중심 위치를 특정한다.

(3) 모터 장착 구멍의 계측

작업 로봇(2)에 장착한 CCD 카메라(제1의 촬상 장치(21)를 겸용해도 됨)로, 모터를 장착하는 대상 부재에 형성된 볼트 구멍(모터(41)를 대상 부재에 고정하기 위한 볼트를 나사 조임하는 구멍)을 계측하고, 최종 세트 회전 위치를 결정한다.

그리고, 상기 (1)에서 구한 평면을 XY 평면, 상기 (2)에서 구한 중심 위치를 삽입 위치, 상기 (2)에서 구한 중심 위치로부터, 상기 (3)에서 검출한 볼트 구멍 중심 위치에 대한 방향을 X축으로 하는 좌표(베이스 좌표계)를 생성한다.

(4) 감속기 기어(31)의 위상, 및 모터측 기어 삽입축 구멍 및 삽입축 구멍 축심의 위치의 계측

작업 로봇(2)의 핸드(3)를 제품 로봇(61)의 구동축 부근에 접근시켜, 구동축에 설치된 모터(31)의 삽입 구멍(46)으로부터, 핸드(3)에 장착된 제1의 촬상 장치(21)에 의해 삽입 구멍(46)의 내부의 상황을 촬상하여, 제1의 화상 처리부(22)를 이용한 화상 처리에 의해, 감속기 기어(31)의 위상 그리고 모터측 기어 삽입축 구멍 및 삽입축 구멍 축심의 위치를 산출한다.

한편, 제1의 화상 처리로 산출된 감속기 기어의 특성 정보는, 작업 로봇(2)의 로봇 제어 장치(4)에 송신된다.

(5) 작업 로봇(2)의 핸드(3)에 의한 모터(31)의 파지

재치대 상에 재치되어 있는 모터(31)를 작업 로봇(2)의 핸드(3)로 파지한다. 핸드(3) 또는 모터(31)에는 위치 결정용 핀이 설치되어 있으므로, 모터(31)는, 소정의 정밀도로 핸드(3)에 파지된다.

(6) 모터측 기어(43)의 위상의 검출 및 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 근원부 중심 위치의 계측 및 출력축(42)의 축심 방향의 계측

작업 로봇(2)의 핸드(3)로 파지한 모터(31)의 출력축(42)을 제2의 촬상 장치로 촬상하고, 촬상 화상을 제2의 화상 처리부(23)에 의해 화상 처리함으로써, 모터측 기어(43)의 위상의 검출 및 출력축(42)의 선단부 중심 위치와 근원부 중심 위치의 계측을 행한다.

(7) 출력축(42)의 축심 방향의 계측 결과에 의거하는 툴 좌표계의 설정의 변경

제2의 화상 처리부(23)에 의해 산출된 출력축(42)의 축심 방향의 계측 결과에 의거하여, 툴 좌표계의 설정을 변경한다.

(8) 설정 변경된 툴 좌표계에 의거하여 조립 로봇(2)의 동작 제어에 의한 기어의 조립의 실행

설정 변경된 툴 좌표계에 의거하여 조립 로봇(2)의 동작 제어에 의해, 모터측 기어(43)가, 감속기측 기어(31)와 감합하면서 기어끼리의 조립이 실행된다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 기어 기구의 조립 장치(1)를 이용하여, 기어끼리의 감합을, 작업 로봇(2)에 의해 지장 없이 실시할 수 있다.

1: 기어 기구의 조립 장치 2: 작업 로봇
3: 핸드 4: 로봇 제어 장치
11: 화상 처리 시스템 12: 제1의 화상 처리부
13: 제2의 화상 처리부 21: 제1의 촬상 장치
22: 제2의 촬상 장치 23: 광학 센서(거리 센서)
31: 감속기 기어(제1의 기어) 41: 모터
42: 출력축 43: 모터측 기어(제2의 기어)
44: 유성 기어 46: 삽입 구멍
61: 제품 로봇 C: 외접원 b의 중심
D: 원호 a와 외접원 b의 접점 E: 유성 기어의 골 부분의 무게중심
F: 모터측 기어의 산 부분의 무게중심
a: 유성 기어 골 부분의 무게중심을 통과하는 원호
b: 원호 a에 외접하는 외접원

Claims

제1의 기어에 제2의 기어를 감합하여 기어 기구를 조립하기 위한 기어 기구의 조립 장치로서,
상기 제2의 기어를 유지하기 위한 핸드를 갖는 로봇과,
상기 핸드에 설치되며, 상기 제1의 기어를 촬상하기 위한 제1의 촬상 장치와,
상기 제2의 기어를 촬상하기 위한 제2의 촬상 장치와,
상기 제1의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하고, 상기 제2의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 위상 및 상기 제2의 기어의 기어축의 위치를 취득하는 화상 처리 시스템을 구비하고,
상기 화상 처리 시스템에 의해 취득된 정보에 의거하여 상기 로봇을 제어하여, 상기 핸드에 유지된 상기 제2의 기어의 상기 기어축을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치에 위치 맞춤함과 함께, 상기 제2의 기어의 위상을 상기 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤함으로써, 상기 로봇을 이용하여 상기 기어 기구를 조립하도록 구성되어 있는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화상 처리 시스템이, 상기 제1의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제1의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하는 제1의 화상 처리 수단을 구비하고 있는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며,
상기 제1의 화상 처리 수단은, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점에 가장 가까운 위치에 있는 골 부분의 무게중심을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며,
상기 제1의 화상 처리 수단은, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 촬상 장치의 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점으로부터의 상기 외접원 상의 길이가, 상기 원호에 있어서 상기 접점에 가장 가까운 위치에 존재하는 골 부분의 무게중심과 상기 접점 사이의 상기 원호의 원주 상의 길이와 동일해지는 상기 외접원의 원주 상의 점을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화상 처리 시스템이, 상기 제2의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제2의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치, 및 상기 제2의 기어의 위상을 취득하는 제2의 화상 처리 수단을 구비하고 있는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 취득된 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 취득한 후, 상기 핸드를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 제2의 촬상 장치에 의해 상기 제2의 기어를 재차 촬상하고, 재차의 촬상 화상에 의거하여 상기 제2의 화상 처리 수단에 의해 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 재차 취득하고, 이들 전후 2회에 걸쳐 취득한 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 관한 정보에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2의 기어는, 모터의 출력축에 설치되어 있고,
상기 핸드는, 상기 모터를 파지하도록 구성되어 있고,
상기 모터가 장착되는 대상물까지의 거리를 측정하기 위한 광학 센서가 상기 핸드에 설치되어 있는, 기어 기구의 조립 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기어 기구는, 유성 기어 기구이며, 상기 제1의 기어가 상기 유성 기어 기구의 유성 기어이고, 상기 제2의 기어가 상기 유성 기어 기구의 태양 기어인, 기어 기구의 조립 장치.
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로봇을 이용하여 제1의 기어에 제2의 기어를 감합하여 기어 기구를 조립하는 기어 기구의 조립 방법으로서,
상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하는 제1의 기어 계측 공정과,
상기 제2의 기어의 위상 및 기어축의 위치를 취득하는 제2의 기어 계측 공정을 구비하고,
상기 제1의 기어 계측 공정 및 상기 제2의 기어 계측 공정에 의해 취득된 정보에 의거하여 상기 로봇을 제어하여, 상기 로봇의 핸드에 유지되어 있는 상기 제2의 기어의 상기 기어축을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치에 위치 맞춤함과 함께, 상기 제2의 기어의 위상을 상기 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤함으로써, 상기 로봇을 이용하여 상기 기어 기구를 조립하고,
상기 제1의 기어 계측 공정이, 상기 핸드에 설치된 촬상 장치를 이용하여 상기 제1의 기어의 화상을 취득하여 화상 처리를 행하는 제1의 화상 처리 공정을 가지며,
상기 제1의 화상 처리 공정이, 상기 제1의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제1의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하도록 구성되고,
상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며,
상기 제1의 화상 처리 공정에 있어서, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점에 가장 가까운 위치에 있는 골 부분의 무게중심을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는, 기어 기구의 조립 방법.
로봇을 이용하여 제1의 기어에 제2의 기어를 감합하여 기어 기구를 조립하는 기어 기구의 조립 방법으로서,
상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하는 제1의 기어 계측 공정과,
상기 제2의 기어의 위상 및 기어축의 위치를 취득하는 제2의 기어 계측 공정을 구비하고,
상기 제1의 기어 계측 공정 및 상기 제2의 기어 계측 공정에 의해 취득된 정보에 의거하여 상기 로봇을 제어하여, 상기 로봇의 핸드에 유지되어 있는 상기 제2의 기어의 상기 기어축을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치에 위치 맞춤함과 함께, 상기 제2의 기어의 위상을 상기 제1의 기어의 위상에 위치 맞춤함으로써, 상기 로봇을 이용하여 상기 기어 기구를 조립하고,
상기 제1의 기어 계측 공정이, 상기 핸드에 설치된 촬상 장치를 이용하여 상기 제1의 기어의 화상을 취득하여 화상 처리를 행하는 제1의 화상 처리 공정을 가지며,
상기 제1의 화상 처리 공정이, 상기 제1의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제1의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치 및 상기 제1의 기어의 위상을 취득하도록 구성되고,
상기 제1의 기어는, 복수의 유성 기어를 가지며,
상기 제1의 화상 처리 공정에 있어서, 상기 제1의 기어의 영역에 의거하여, 촬상 화상에 포함되는 상기 복수의 유성 기어에 대한 골 부분을 추출하고, 추출된 상기 골 부분의 무게중심을 원주 상의 점으로 하는 복수의 원호에 외접하는 외접원의 중심을 상기 제1의 기어에 있어서의 상기 제2의 기어의 감입 위치로 함과 함께, 상기 외접원의 중심을 기준으로 하여, 상기 복수의 원호 중 어느 하나에 있어서의 상기 외접원과의 접점으로부터의 외접원 상의 길이가, 상기 원호에 있어서 상기 접점에 가장 가까운 위치에 존재하는 골 부분의 무게중심과 상기 접점 사이의 상기 원호의 원주 상의 길이와 동일해지는 상기 외접원의 원주 상의 점을 향한 방향을 상기 제1의 기어의 위상으로서 특정하는, 기어 기구의 조립 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 제2의 기어 계측 공정이, 상기 제2의 기어의 화상을 취득하여 화상 처리하는 제2의 화상 처리 공정을 가지며,
상기 제2의 화상 처리 공정이, 상기 제2의 기어의 화상을 화상 처리하여 상기 제2의 기어의 영역을 검출하고, 검출된 상기 제2의 기어의 영역에 의거하여, 상기 제2의 기어의 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치, 및 상기 제2의 기어의 위상을 취득하는, 기어 기구의 조립 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 제2의 화상 처리 공정에 의해 취득된 상기 제2의 기어의 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는, 기어 기구의 조립 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제2의 기어 계측 공정에 있어서 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 취득한 후, 상기 핸드를 미리 설정된 각도로 회전시켜, 상기 제2의 기어를 재차 촬상하고, 재차의 촬상 화상에 의거하여 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치를 재차 취득하고, 이들 전후 2회에 걸쳐 취득한 상기 제2의 기어의 상기 기어축의 선단부의 위치 및 근원부의 위치에 관한 정보에 의거하여, 상기 제2의 기어의 축심 방향을 취득하고, 상기 제2의 기어의 상기 축심 방향에 의거하여, 상기 핸드에 의한 상기 제2의 기어의 유지 위치의 어긋남을 수정하도록 상기 로봇을 제어하는, 기어 기구의 조립 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 제2의 기어는, 모터의 출력축에 설치되어 있고,
상기 핸드는, 상기 모터를 파지하도록 구성되어 있고,
상기 모터가 장착되는 대상물까지의 거리를, 상기 핸드에 설치된 광학 센서에 의해 계측하고, 그 계측 결과에 의거하여 상기 대상물에 있어서의 베이스 좌표계를 생성하는, 기어 기구의 조립 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 기어 기구는, 유성 기어 기구이며, 상기 제1의 기어가 상기 유성 기어 기구의 유성 기어이고, 상기 제2의 기어가 상기 유성 기어 기구의 태양 기어인, 기어 기구의 조립 방법.