WO2017138261A1 - 挿入ガイドおよび挿入ガイド装置 - Google Patents

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WO2017138261A1
WO2017138261A1 PCT/JP2016/087764 JP2016087764W WO2017138261A1 WO 2017138261 A1 WO2017138261 A1 WO 2017138261A1 JP 2016087764 W JP2016087764 W JP 2016087764W WO 2017138261 A1 WO2017138261 A1 WO 2017138261A1
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hole
shaft
guide
guide portion
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正樹 春名
福島　一彦
利映 金
諭 惣福
利崇 仲尾次
堀内　弥
祐輔 猿田
淳治 高木
昇 川口
豊 江崎
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三菱電機株式会社
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    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D1/108—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially having retaining means rotating with the coupling and acting by interengaging parts, i.e. positive coupling
    • F16D1/112—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially having retaining means rotating with the coupling and acting by interengaging parts, i.e. positive coupling the interengaging parts comprising torque-transmitting surfaces, e.g. bayonet joints

Definitions

  • the present invention relates to an insertion guide used at the time of insertion into a shaft hole, and an insertion guide device to which the insertion guide is applied.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems.
  • the rotation correction between the shaft and the hole is accurately performed, the phase between the shaft and the hole is corrected, and the shaft is inserted into the hole.
  • An object is to obtain an insertion guide that can be performed at high speed.
  • An insertion guide according to the present invention is an insertion guide used when inserting a shaft into a hole, and the shaft is provided at a tip of the shaft inserted into the hole and has a first guide portion having a smaller diameter than the hole.
  • a first narrow cylindrical portion provided on the proximal end side of the first guide portion and having a diameter smaller than that of the first guide portion; and provided on a proximal end side of the first narrow cylindrical portion and smaller than the diameter of the hole.
  • a second guide portion having a diameter larger than the diameter of the first narrow cylindrical portion; a second narrow cylindrical portion provided on a proximal end side of the second guide portion and having a smaller diameter than the second guide portion; and a tip of the shaft
  • a third guide portion that is a recess that determines a phase that is a rotation around the axis of the shaft by fitting with a convex portion provided in the hole, and the shape of the shaft is such that the third guide portion is Shake until it touches the convex part The door when inserted into the hole, a shape in contact with the hole of the shaft with tilting the two following points with respect to the hole.
  • the shaft is provided at the distal end of the shaft to be inserted into the hole, and is provided on the proximal end side of the first guide portion having a smaller diameter than the hole and the first narrow cylindrical portion.
  • the second guide part having a diameter smaller than the diameter of the hole and larger than the diameter of the first narrow cylindrical part, and a shaft provided by fitting with a convex part provided at the tip of the shaft and provided in the hole.
  • a third guide portion that is a concave portion that determines a phase that is a rotation of the shaft, and the shape of the shaft is inclined with respect to the hole when the shaft is inserted into the hole until the third guide portion contacts the convex portion.
  • the shape is in contact with the hole at two or less points. Therefore, it is possible to accurately correct the rotation of the shaft and the hole and to correct the phase of the shaft and the hole, and to insert the shaft into the hole at a high speed.
  • FIG. 6 is another configuration diagram showing a shaft and a hole of the insertion guide according to Embodiments 1 to 5 of the present invention.
  • FIG. 10 is still another configuration diagram showing a shaft and a hole of the insertion guide according to the first to fifth embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a problem that occurs when a phase correction function is added to a conventional insertion guide.
  • FIG. 1 shows a case where RX and RY rotation correction and RZ phase correction are performed with a force detection unit 1000 provided at the end of the shaft 10 as a coordinate origin. Note that “rotation” indicates rotation around the X axis and Y axis, and “phase” indicates rotation around the Z axis.
  • a hole 30 is provided in the structure.
  • a pin-shaped phase guide convex portion 31 is provided on a side surface inside the hole 30 provided in the structure, and a phase guide concave portion having a tapered portion 501 and a fitting portion 502 at the tip of the shaft 10. 500 is provided. Further, the shaft 10 and the hole 30 are in contact with each other at the first guide portion and the second guide portion disclosed in Patent Document 1, and are in contact at the phase guide concave portion 500 and the phase guide convex portion 31. .
  • the vector LA indicates the length from the force detection unit 1000 to the contact point between the first guide unit and the hole 30, and the vector LB is the second guide unit and the hole 30 from the force detection unit 1000.
  • the vector LC indicates the length from the force detection unit 1000 to the contact point between the phase guide concave portion 500 and the phase guide convex portion 31.
  • the vector LA, the vector LB, and the vector LC are based on the force detection unit 1000.
  • the vector is similarly based on the force detection unit 1000.
  • the vector FA indicates the force generated at the contact point between the first guide portion and the hole 30
  • the vector FB indicates the force generated at the contact point between the second guide portion and the hole 30
  • a vector FC indicates a force generated at a contact point between the phase guide concave portion 500 and the phase guide convex portion 31.
  • FIG. FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a shaft of the insertion guide according to the first embodiment of the present invention.
  • the shaft 10 is provided at the tip of the shaft 10, has a smaller diameter than the hole 30 provided in the structure, and performs a translational correction on the hole 30, and the first guide portion 100.
  • the first guide portion 100 includes a tapered first translation guide 101 that guides translation, a first guide contact surface 102 that contacts an inner surface of the hole 30 provided in the structure, a first narrow cylindrical portion 200, and a first guide portion 100.
  • the first connecting portion 103 that connects the one guide portion 100 and the first guide bottom portion contact surface 104 that contacts the hole bottom surface 32 of the hole 30 are provided.
  • the second guide part 300 includes a second translation guide 301 that guides translation, a second guide contact surface 302 that contacts the inner surface of the hole 30 provided in the structure, and the second narrow cylindrical part 400 and the second guide.
  • phase guide concave portion 500 as the third guide portion has a tapered portion 501 and a fitting portion 502 for guiding the phase between the shaft 10 and the hole 30.
  • the phase guide concave portion 500 is provided in the first guide portion 100.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a hole of the insertion guide according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a hole of the insertion guide according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view showing the hole of the insertion guide according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a case where the structure around the hole is smaller than that of FIG.
  • the hole 30 provided in the structure has a cylindrical shape into which the first guide part 100 and the second guide part 300 of the shaft 10 can be inserted.
  • a phase guide convex portion 31 for correcting the phase is provided.
  • the shaft 10 and the hole 30 are in contact with each other at the first contact point 101C of the first translation guide 101, and the force FA generated at the first contact point 101C is the force detection unit. Measured at 1000.
  • the position error ⁇ EXY in the XY directions can be corrected by moving the shaft 10 in the translation direction so that the X and Y components of the force FA become small.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the first contact point 101C is inserted while being in contact with the hole 30, but the second contact point is not generated and the first guide portion 100 is inserted into the hole 30. ing.
  • the inner diameter of the hole 30 is set so that the shaft 10 and the hole 30 do not come into contact at two points even when the rotation error ⁇ REXY becomes the assumed maximum rotation error ⁇ REXYmax inside the hole 30.
  • 30D, the height 100H of the first guide portion 100, and the maximum diameter 100D are designed. Therefore, the shaft 10 can be smoothly inserted without locking the shaft 10 only by correcting the translation according to the force FA generated at the first contact point 101C as in FIG.
  • the inner diameter 30D of the hole 30, the height 100H of the first guide portion 100, and the maximum diameter 100D are expressed by the following relational expression (1). Is designed to hold. Considering the height of the first translation guide 101 and the first connecting portion 103 in the shaft axis direction, the degree of freedom in design increases.
  • FIG. 8 shows a state where the shaft 10 and the hole 30 are in contact with each other at the first contact point 101C of the first translation guide 101 and the second contact point 301C of the second translation guide 301.
  • the height 200H and the maximum diameter 200D of the first narrow cylindrical portion 200 are such that the rotational moment TXY1 caused by the force FA generated at the first contact point 101C and the force FB generated at the second contact point 301C is
  • the force detection unit 1000 is designed to be sufficiently larger than the detection resolution 1000RES.
  • the height 200H and the maximum diameter 200D of the first narrow cylindrical portion 200 are designed so that the relational expression (2) is established.
  • the vector LA indicates the length from the force detection unit 1000 to the first contact point 101C
  • the vector LB indicates the length from the force detection unit 1000 to the second contact point 301C
  • the vector FA is the first.
  • the force generated at the first contact point 101C is shown
  • the vector FB shows the force generated at the second contact point 301C.
  • the vector LA and the vector LB are both vectors calculated from the height 100H of the first guide portion 100 of the shaft 10, the height 200H of the first narrow cylindrical portion, and the maximum diameter 200D. Thereby, the rotation direction for correcting the rotation error ⁇ REXY can be accurately detected.
  • FIG. 8 demonstrated the case where the 2nd contact point 301C exists in the 2nd translation guide 301
  • the 2nd contact point 301C is the 2nd guide as shown in the 1st narrow cylindrical part 200 or FIG. It may be on the contact surface 302.
  • the rotational direction for correcting the rotational moment TXY1 and the rotational error ⁇ REXY of the shaft 10 has a unique relationship, the rotational error can be corrected smoothly.
  • the height 300H of the second guide part 300 is designed so that the relational expression of the following expression (3) is established.
  • 300D 100D.
  • the minimum rotation error ⁇ REXYmin is a rotation error remaining in a state where the second guide portion 300 shown in FIG. 9 is inserted into the hole 30.
  • 100D 300D
  • the minimum rotation error ⁇ REXYmin is expressed by the following equation (4).
  • the height of the 2nd translation guide 301 and the 2nd connection part 303 in the shaft-axis direction is considered, these design freedom will become large.
  • FIG. 10 shows a state where the rotation correction is completed and the shaft 10 is inserted into the hole 30 so that the tapered portion 501 of the phase guide concave portion 500 and the phase guide convex portion 31 are in contact with each other.
  • FIG. 11 shows a cross section taken along the line AA of FIG. 10, and shows means for correcting the phase error ⁇ REZ.
  • the taper portion 501 and the phase guide convex portion 31 come into contact with each other at the third contact point 501C to generate a force FC, and the force detection unit 1000 generates a rotational moment TXY2 and a phase moment TZ2.
  • the second narrow cylindrical portion 400 is provided so that no contact point is generated other than the first contact point 101C, the second contact point 301C, and the third contact point 501C until the phase correction is completed. Further, the maximum diameter 400D of the second narrow cylindrical portion 400 is designed so that the following relational expression (5) is established.
  • 32H is the distance between the lower end of the phase guide convex portion 31 and the hole bottom surface 32 in FIG. As a result, it is possible to prevent a new contact state from occurring during phase correction and to smoothly correct the phase.
  • FIG. 12 shows a state in which the phase correction is completed and the first guide bottom contact surface 104 of the first guide portion 100 and the hole bottom surface 32 of the hole 30 are in contact with each other.
  • means for correcting the position error ⁇ EXY in the XY direction and the rotation error ⁇ REXY that could not be corrected up to FIG. 9 is shown.
  • first guide contact surface 102 of the first guide unit 100, the second guide contact surface 302 of the second guide unit 300, or the second guide contact surface 102 of the first guide unit 100 and the second guide unit 300 of the second guide unit 300 Since the guide contact surface 302 is in contact with the hole 30, even if the shaft 10 is tilted from the vertical direction of gravity with respect to the hole 30, line contact or surface contact is achieved, so that the load resistance can be increased.
  • the shaft is provided at the distal end of the shaft inserted into the hole, and the first guide portion having a smaller diameter than the hole and the proximal end side of the first narrow cylindrical portion
  • the shaft is fitted to the second guide portion having a diameter smaller than the diameter of the hole and larger than the diameter of the first narrow cylindrical portion, and a convex portion provided at the tip of the shaft and provided in the hole.
  • a third guide portion that is a concave portion that determines a phase that is a rotation around the axis of the shaft, and the shape of the shaft is such that when the shaft is inserted into the hole until the third guide portion contacts the convex portion, the shaft is inserted into the hole.
  • the shape of the shaft 10 is such that when the shaft 10 is inserted into the hole 30 until the third guide portion comes into contact with the convex portion, even if the shaft 10 is inclined with respect to the hole 30, the shape of the shaft 10 is two or less. It has a shape that comes into contact with.
  • the shaft 10 comes into contact with the hole 30 at two or less points, and the rotation moment TXY2 and the phase moment TZ2 are obtained separately, so that phase correction can be easily performed. Can do. Therefore, it is possible to accurately correct the rotation of the shaft and the hole and to correct the phase of the shaft and the hole, and to insert the shaft into the hole at a high speed.
  • FIG. FIG. 13 is a configuration diagram showing a shaft of an insertion guide according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the shaft 10 is provided on the proximal end side of the second narrow cylindrical portion 400 in addition to the shaft 10 shown in FIG. 2, has a smaller diameter than the hole 30, and performs rotation correction with respect to the hole 30.
  • a four guide portion 600 is further provided.
  • the fourth guide portion 600 has a fourth translation guide 601 that guides translation, and a fourth guide contact surface 602 that contacts the inner surface of the hole 30 provided in the structure.
  • FIG. 14 shows a state where the phase correction is completed and the fourth translation guide 601 of the fourth guide portion 600 and the hole 30 are in contact with each other.
  • means for correcting the rotation error ⁇ REXY remaining after the phase correction shown in FIG. 11 is completed is shown.
  • the fourth translation guide 601 and the hole 30 come into contact with each other at the fifth contact point 601C and a force FE is generated, two points including the first contact point 101C of the first guide unit 100 are included.
  • the contact is realized, and the force detection unit 1000 detects the rotational moment TXY1.
  • the shape of the shaft 10 is such that when the shaft 10 is inserted into the hole 30 until the third guide portion comes into contact with the convex portion, even if the shaft 10 is inclined with respect to the hole 30, the shape of the shaft 10 is two or less. It is good to make it the shape which contacts.
  • the rotation error ⁇ REXY can be further reduced by correcting the rotation of the shaft 10 so that the rotational moment TXY1 becomes small.
  • the rotational moment TXY1 is expressed by the following equation (6).
  • the height 400 ⁇ / b> H of the second narrow cylindrical portion 400 and the phase guide concave portion 500 are avoided in order to prevent the phase guide convex portion 31 from contacting the bottom surface of the phase guide concave portion 500.
  • the depth of 500H is designed so that the following relational expression (7) is satisfied.
  • the height 400H of the second narrow cylindrical portion 400 is expressed by the following equation (8). It is designed so that the following relational expression holds.
  • the minimum rotation error ⁇ REXYmin in the second embodiment of the present invention can be made smaller than the minimum rotation error ⁇ REXYmin in the first embodiment.
  • the degree of freedom in design increases.
  • FIG. 15 shows a state where the first guide bottom portion contact surface 104 of the first guide portion 100 and the hole bottom surface 32 of the hole 30 are in contact with each other.
  • means for correcting the position error ⁇ EXY in the XY direction and the rotation error ⁇ REXY that could not be corrected up to FIG. 14 is shown.
  • the shaft is provided on the proximal end side of the second narrow cylindrical portion in addition to the shaft according to the first embodiment described above, and has a smaller diameter than the hole.
  • the first translation guide 101 and the first connection portion 103 of the first guide portion 100 of the shaft 10 and the second of the second guide portion 300 are used.
  • the translation guide 301, the second connection portion 303, and the fourth translation guide 601 of the fourth guide portion 600 are drawn with straight lines.
  • the present invention is not limited to this, and the first translation guide 101 and the first connection portion 103 of the first guide portion 100, the second translation guide 301 and the second connection portion 303 of the second guide portion 300, and the fourth guide portion 600.
  • the fourth translation guide 601 may have a curved shape including a sphere.
  • the shaft 10 may have a shape as shown in FIGS.
  • first translation guide 101 and the first connection portion 103 of the first guide portion 100, the second translation guide 301 and the second connection portion 303 of the second guide portion 300, and the fourth translation guide of the fourth guide portion 600 are arbitrarily combined.
  • Embodiment 3 In the first and second embodiments, the case where the shaft 10 side has the function of performing the translation correction and the rotation correction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the hole 30 side has the function of performing the translation correction and the rotation correction. It may be allowed.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the shaft and hole of the insertion guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 20 shows a case where the hole 30 side has a function of translation correction for the hole 30 realized by the first translation guide 101 of the shaft 10 described in the first embodiment.
  • the first translation guide 101 of the shaft 10 shown in FIG. 2 is omitted from the shaft 10, and the hole 30 is provided with a tapered hole translation guide 33 for guiding the translation.
  • FIG. 21 is another configuration diagram showing the shaft and hole of the insertion guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 21 shows a case where the function of the first narrow cylindrical portion 200 of the shaft 10 mentioned in the first embodiment is provided on the hole 30 side in addition to the hole translation guide 33 shown in FIG. .
  • the first narrow cylindrical portion 200 of the shaft 10 has the first contact so that the rotational moment TXY1 generated by the rotational error caused by the first narrow cylindrical portion 200 is equal to or higher than the detection resolution 1000RES of the force detection unit 1000. It has a function of sufficiently separating the distance between the point 101C and the second contact point 301C.
  • the first narrow cylindrical portion 200 and the second guide portion 300 of the shaft 10 shown in FIG. 2 are omitted from the shaft 10, and the hole 30 corresponds to the first narrow cylindrical portion 200 of the shaft 10.
  • a wide cylindrical portion 34 is provided.
  • the wide cylindrical portion 34 has a wide cylindrical portion translation guide 341 that guides translation, a wide cylindrical portion side surface 342 that contacts the shaft 10, and a wide cylindrical portion connection portion 343 that connects to the hole translation guide 33. Thereby, the rigidity of the shaft 10 can be increased.
  • FIG. 22 is still another configuration diagram showing the shaft and hole of the insertion guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a fourth guide portion 600 having a diameter smaller than that of the hole 30 and performing rotation correction with respect to the hole 30 is provided on the proximal end side of the second narrow cylindrical portion 400. The configuration is shown.
  • the fourth guide portion 600 includes a fourth translation guide 601 that guides translation, and a fourth guide contact surface 602 that contacts the inner surface of the hole 30 provided in the structure.
  • FIG. 23 is a block diagram showing a shaft of an insertion guide according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a six-axis force sensor 1001 is attached as the force detection unit 1000 of the shaft 10.
  • the 6-axis force sensor 1001 is connected to a force measurement logger 1002, and the force measurement logger 1002 is connected to a force measurement monitor 1003.
  • the operator inserts the shaft 10 into the hole 30 while confirming the output of the six-axis force sensor 1001 with the force measurement monitor 1003.
  • the load applied when the shaft 10 is inserted can be recorded using the force measurement logger 1002.
  • the six-axis force sensor 1001, the force measurement logger 1002, and the force measurement monitor 1003 can be applied to any of the shafts 10 shown in the first to third embodiments.
  • FIG. 24 is a block diagram showing an insertion guide device to which an insertion guide according to Embodiment 4 of the present invention is applied.
  • FIG. 24 shows a configuration in which the shaft 10 is automatically inserted into the hole 30 using a robot.
  • the shape of the shaft 10 may be any of those shown in the first to third embodiments.
  • the robot 2000 includes a drive link 2001 and a joint angle sensor 2002 of the drive link 2001, and is attached to a base 2003. Further, the joint angle signal 2004 output from the joint angle sensor 2002 and the six-axis force sensor signal 2005 from the six-axis force sensor 1001 attached as the force detection unit 1000 of the shaft 10 are taken into the robot controller 2006 as feedback signals. Thus, a joint angle command signal 2007 is output to the drive link 2001 so as to realize the target joint angle.
  • FIG. 25 is a flowchart showing the processing of the insertion guide device to which the insertion guide according to Embodiment 4 of the present invention is applied.
  • the robot controller 2006 includes a CPU and a storage device, and the following processing is performed using the CPU and the storage device.
  • the storage device stores signal values from external sensors, internal parameters, numerical calculation process variables, external output parameters, and the like, and the CPU performs arithmetic processing using these values.
  • the robot controller 2006 determines whether or not a Z phase moment has been detected (step S1).
  • step S2 If it is determined in step S1 that the Z phase moment has not been detected (ie, No), the robot controller 2006 determines whether or not an XY translational force has been detected (step S2).
  • step S3 If it is determined in step S2 that the XY translation force has been detected (that is, Yes), the robot controller 2006 performs translation correction in the XY directions (step S3).
  • the Z-phase phase moment is not detected, but the XY translation force is detected, so that the translation correction in the XY directions is performed.
  • the translation correction here is realized by moving the robot so that the X and Y components of the 6-axis force output of the 6-axis force sensor 1001 become smaller.
  • step S4 determines whether an XY rotational moment has been detected.
  • step S4 If it is determined in step S4 that an XY rotation moment has been detected (ie, Yes), the robot controller 2006 performs XY rotation correction (step S5).
  • step S6 the robot controller 2006 inserts the shaft 10 in the Z-axis direction (step S6).
  • step S7 if it is determined in step S1 that the Z phase moment has been detected (ie, Yes), the robot controller 2006 performs phase correction (step S7).
  • phase correction is performed. Further, the phase correction here is realized by moving the robot so that the rotational moment TZ around the Z-axis becomes small.
  • the robot controller 2006 determines whether or not the shaft 10 has contacted the hole bottom surface 32 (step S8).
  • step S8 If it is determined in step S8 that the shaft 10 is not in contact with the hole bottom surface 32 (ie, No), the process proceeds to step S1.
  • step S8 determines whether or not an XY rotational moment has been detected.
  • step S9 If it is determined in step S9 that an XY rotation moment has been detected (ie, Yes), the robot controller 2006 performs XY rotation correction (step S10).
  • the XY rotation correction is performed.
  • the XY rotation correction here is realized by moving the robot so that the rotational moments TX and TY around the X and Y axes become small.
  • step S9 if it is determined in step S9 that the XY rotation moment is not detected (ie, No), the robot controller 2006 inserts the shaft 10 in the Z-axis direction (step S11).
  • the robot controller 2006 determines whether or not the insertion of the shaft 10 has been completed (step S12).
  • step S12 If it is determined in step S12 that the insertion of the shaft 10 has not been completed (ie, No), the process proceeds to step S9.
  • step S12 determines whether the insertion of the shaft 10 has been completed (ie, Yes).
  • step S8 in FIG. 25 whether or not the shaft 10 has contacted the hole bottom surface 32 depends on whether the translational force in the Z direction detected by the force detection unit 1000 is inserting the shaft 10 into the hole 30. It can be determined that the force is greater than the force generated in Further, a sensor for detecting contact or a sensor for measuring the amount of insertion may be used, or a means for recording the amount inserted by the robot may be provided.
  • step S12 in FIG. 25 whether or not the insertion of the shaft 10 has been completed may be determined using a sensor for detecting the completion of insertion or a sensor for measuring the amount of insertion, or the amount inserted by the robot.
  • a means for recording may be provided, and determination may be made based on the recorded amount.
  • the shaft 10 can be automatically inserted into the hole 30 provided in the structure using the robot 2000 having the above-described configuration.
  • phase guide convex portion 31 of the hole 30 has a pin shape
  • the phase guide concave portion 500 has the tapered portion 501 and the fitting portion 502.
  • phase correction may be performed by an elliptical or polygonal shaft tip phase guide convex portion 700 and a hole bottom phase guide concave portion 35.
  • the operation target is the shaft 10
  • the present invention is not limited to this, and the operation target may be the hall 30.

Landscapes

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Abstract

シャフトとホールとの回転補正を的確に行いつつ、シャフトとホールとの位相補正を行い、シャフトのホールへの挿入を高速に行うことができる挿入ガイドを得る。シャフトは、ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、第１狭円筒部の基端側に設けられ、ホールの直径よりも小さく第１狭円筒部の直径よりも大きい直径を有する第２ガイド部と、シャフトの先端に設けられ、ホールに設けられた凸部と嵌合することでシャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部とを備え、シャフトの形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフトをホールに挿入したときに、シャフトをホールに対して傾けると２つ以下の点でホールと接触する形状である。

Description

挿入ガイドおよび挿入ガイド装置
　この発明は、シャフトのホールへの挿入時に用いられる挿入ガイド、および挿入ガイドを適用した挿入ガイド装置に関するに関する。
　従来から、シャフトの要部の先端側に設けられ、シャフトのホールへの挿入を容易にする挿入ガイドであって、先端に向かって径が縮小する縮径部と縮径部よりもシャフトの要部側に位置する溝部とを備えた第１のガイド部と、第１のガイド部とシャフトの要部との間に位置し、シャフトの要部よりも小径の第２のガイド部と、を有し、第２のガイド部により、回転補正を的確に行う挿入ガイドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１－１０４５５号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　すなわち、特許文献１に記載の挿入ガイドでは、単にシャフトをホールに挿入するだけの場合には、回転補正を的確に行うことが可能であるが、ホールとシャフトとの位相を補正する場合には、回転補正を的確に行うことができないという問題がある。
　具体的には、ホール内部の側面に位相を補正するためのピンが設けられ、シャフトの先端にピンの嵌め合い部が設けられている場合には、ホール内部に設けられたピンとシャフト先端に設けられた嵌め合い部との接触で発生する回転モーメントにより、的確な回転補正ができなくなる。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、シャフトとホールとの回転補正を的確に行うとともに、シャフトとホールとの位相補正を行い、シャフトのホールへの挿入を高速に行うことができる挿入ガイドを得ることを目的とする。
　この発明に係る挿入ガイドは、シャフトのホールへの挿入時に用いられる挿入ガイドであって、シャフトは、ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、第１ガイド部の基端側に設けられ、第１ガイド部よりも小さい直径を有する第１狭円筒部と、第１狭円筒部の基端側に設けられ、ホールの直径よりも小さく第１狭円筒部の直径よりも大きい直径を有する第２ガイド部と、第２ガイド部の基端側に設けられ、第２ガイド部よりも小さい直径を有する第２狭円筒部と、シャフトの先端に設けられ、ホールに設けられた凸部と嵌合することでシャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部と、を備え、シャフトの形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフトをホールに挿入したときに、シャフトをホールに対して傾けると２つ以下の点でホールと接触する形状である。
　この発明に係る挿入ガイドによれば、シャフトは、ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、第１狭円筒部の基端側に設けられ、ホールの直径よりも小さく第１狭円筒部の直径よりも大きい直径を有する第２ガイド部と、シャフトの先端に設けられ、ホールに設けられた凸部と嵌合することでシャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部とを備え、シャフトの形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフトをホールに挿入したときに、シャフトをホールに対して傾けると２つ以下の点でホールと接触する形状である。
　そのため、シャフトとホールとの回転補正を的確に行うとともに、シャフトとホールとの位相補正を行い、シャフトのホールへの挿入を高速に行うことができる。
従来の挿入ガイドに位相補正の機能を付加した場合に生じる問題を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る挿入ガイドのシャフトをホールに挿入する際の挿入シーケンスを示す説明図である。 この発明の実施の形態１、２に係る挿入ガイドのシャフトを示す別の構成図である。 この発明の実施の形態１、２に係る挿入ガイドのシャフトを示すさらに別の構成図である。 この発明の実施の形態１、２に係る挿入ガイドのシャフトを示すさらに別の構成図である。 この発明の実施の形態１、２に係る挿入ガイドのシャフトを示すさらに別の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示す別の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示すさらに別の構成図である。 この発明の実施の形態４に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。 この発明の実施の形態５に係る挿入ガイドを適用した挿入ガイド装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５に係る挿入ガイドを適用した挿入ガイド装置の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１～５に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示す別の構成図である。 この発明の実施の形態１～５に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示すさらに別の構成図である。
　以下、この発明に係る挿入ガイドおよび挿入ガイド装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
　まず、実施の形態の説明に先立って、特許文献１に記載の挿入ガイドにおいて、ホール内部の側面に位相を補正するためのピンが設けられ、シャフトの先端にピンの嵌め合い部が設けられている場合に、回転補正を的確に行うことができなくなるという問題について、詳細に説明する。
　図１は、従来の挿入ガイドに位相補正の機能を付加した場合に生じる問題を示す構成図である。図１では、シャフト１０の末端に設けられた力検出部１０００を座標原点とするＲＸ、ＲＹの回転補正、およびＲＺの位相補正を行う場合を示している。なお、「回転」とは、Ｘ軸、Ｙ軸周りの回転を示し、「位相」とは、Ｚ軸周りの回転を示している。また、構造物にホール３０が設けられている。
　図１において、構造物に設けられたホール３０内部の側面には、ピン状の位相ガイド凸部３１が設けられ、シャフト１０の先端には、テーパ部５０１および嵌合部５０２を有する位相ガイド凹部５００が設けられている。また、シャフト１０とホール３０とは、特許文献１に示された第１のガイド部、第２のガイド部で互いに接触するとともに、位相ガイド凹部５００と位相ガイド凸部３１とで接触している。
　ここで、ＲＺの位相モーメントが位相ガイド凹部５００と位相ガイド凸部３１とで発生する場合、同時にＲＸ、ＲＹの回転モーメントも発生しているので、どの方向に回転補正および位相補正を行うべきであるかが不明である。このとき、回転モーメントＴＸＹは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、上記式において、ベクトルＬＡは力検出部１０００から第１のガイド部とホール３０との接触点までの長さを示し、ベクトルＬＢは力検出部１０００から第２のガイド部とホール３０との接触点までの長さを示し、ベクトルＬＣは力検出部１０００から位相ガイド凹部５００と位相ガイド凸部３１との接触点までの長さを示している。ここで、ベクトルＬＡ、ベクトルＬＢ、ベクトルＬＣは、力検出部１０００を基準とする。以下、ベクトルは同様に力検出部１０００を基準とする。
　また、上記式において、ベクトルＦＡは第１のガイド部とホール３０との接触点で発生する力を示し、ベクトルＦＢは第２のガイド部とホール３０との接触点で発生する力を示し、ベクトルＦＣは位相ガイド凹部５００と位相ガイド凸部３１との接触点で発生する力を示している。
　そのため、回転補正を的確に行うことができず、位相補正が必要なシャフトの挿入作業を的確に行うことができない。以下の実施の形態では、シャフトとホールとの回転補正を的確に行うとともに、シャフトとホールとの位相補正を行い、シャフトのホールへの挿入を高速に行うことができる挿入ガイドについて説明する。
　実施の形態１．
　図２は、この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。図２において、シャフト１０は、シャフト１０の先端に設けられ、構造物に設けられたホール３０よりも直径が小さく、ホール３０に対する並進補正を行う第１ガイド部１００と、第１ガイド部１００の基端側に設けられ、第１ガイド部１００よりも直径の小さい第１狭円筒部２００と、第１狭円筒部２００の基端側に設けられ、ホール３０よりも直径が小さく、ホール３０に対する回転補正を行う第２ガイド部３００と、第２ガイド部３００の基端側に設けられ、第２ガイド部３００よりも直径の小さい第２狭円筒部４００と、シャフト１０の先端に設けられ、ホール３０に設けられた位相ガイド凸部３１と嵌合してホール３０に対する位相補正を行う第３ガイド部である位相ガイド凹部５００とを備えている。
　また、第１ガイド部１００は、並進をガイドするテーパ状の第１並進ガイド１０１、構造物に設けられたホール３０の内面と接触する第１ガイド接触面１０２、第１狭円筒部２００と第１ガイド部１００とを接続する第１接続部１０３、およびホール３０のホール底面３２と接触する第１ガイド底部接触面１０４とを有している。
　また、第２ガイド部３００は、並進をガイドする第２並進ガイド３０１、構造物に設けられたホール３０の内面と接触する第２ガイド接触面３０２、および第２狭円筒部４００と第２ガイド部３００とを接続する第２接続部３０３を有している。
　また、第３ガイド部である位相ガイド凹部５００は、シャフト１０とホール３０との位相をガイドするテーパ部５０１および嵌合部５０２を有している。なお、図２では、位相ガイド凹部５００は、第１ガイド部１００に設けられている。
　図３は、この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す斜視図である。また、図４は、この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す断面図である。また、図５は、この発明の実施の形態１に係る挿入ガイドのホールを示す断面図であり、ホール周辺の構造物が図４のものよりも小さい場合を示している。
　図３～５において、構造物に設けられたホール３０は、シャフト１０の第１ガイド部１００および第２ガイド部３００を挿入可能な円筒形状を有しており、ホール３０内部の側面には、位相を補正するための位相ガイド凸部３１が設けられている。
　以下、図６～１２を参照しながら、上記構成のシャフト１０を、構造物に設けられたホール３０に挿入する際の挿入シーケンスについて説明する。ここでは、ＸＹ平面内にＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹが存在し、ＸＹ軸周りの回転誤差ΔＲＥＸＹが存在し、Ｚ軸周りの位相誤差ΔＲＥＺが存在する場合について説明する。
　図６において、初期位置では、第１並進ガイド１０１の直径がホール３０の直径よりも小さいので、ＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹがあっても、シャフト１０がホール３０の入口に挿入されている。
　ここで、ＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹがあるため、シャフト１０とホール３０とは、第１並進ガイド１０１の第１接触点１０１Ｃで接触し、第１接触点１０１Ｃで発生する力ＦＡが力検出部１０００で計測される。このとき、この力ＦＡのうちＸ、Ｙ成分が小さくなるようにシャフト１０を並進方向に動かすことで、ＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹを補正することができる。
　図７は、第１接触点１０１Ｃがホール３０と接触しながら挿入されているが、第２接触点が発生しておらず、第１ガイド部１００がホール３０内部に挿入されている状態を示している。
　図７において、ホール３０内部で、回転誤差ΔＲＥＸＹが想定される最大回転誤差ΔＲＥＸＹｍａｘとなる場合であっても、シャフト１０とホール３０とが２点で接触することがないように、ホール３０の内径３０Ｄ、第１ガイド部１００の高さ１００Ｈおよび最大径１００Ｄが設計されている。そのため、シャフト１０がロックすることなく、図６と同じく第１接触点１０１Ｃで発生する力ＦＡに従い並進補正するだけで、シャフト１０をスムーズに挿入することができる。
　具体的には、想定される回転誤差ΔＲＥＸＹが最大回転誤差ΔＲＥＸＹｍａｘである場合に、ホール３０の内径３０Ｄ、第１ガイド部１００の高さ１００Ｈおよび最大径１００Ｄは、次式（１）の関係式が成立するように設計される。なお、第１並進ガイド１０１および第１接続部１０３のシャフト軸方向の高さを考慮すれば、これらの設計自由度は大きくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図８は、シャフト１０とホール３０とが、第１並進ガイド１０１の第１接触点１０１Ｃと、第２並進ガイド３０１の第２接触点３０１Ｃとで接している状態を示している。図８において、第１狭円筒部２００の高さ２００Ｈおよび最大径２００Ｄは、第１接触点１０１Ｃで発生する力ＦＡおよび第２接触点３０１Ｃで発生する力ＦＢを起因とする回転モーメントＴＸＹ１が、力検出部１０００の検出分解能１０００ＲＥＳよりも十分大きくなるように設計されている。
　具体的には、第１接触点１０１Ｃで発生する力ＦＡおよび第２接触点３０１Ｃで発生する力ＦＢを起因とする回転モーメントＴＸＹ１と、力検出部１０００の検出分解能１０００ＲＥＳとの間に、次式（２）の関係式が成立するように、第１狭円筒部２００の高さ２００Ｈおよび最大径２００Ｄが設計される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（２）において、ベクトルＬＡは力検出部１０００から第１接触点１０１Ｃまでの長さを示し、ベクトルＬＢは力検出部１０００から第２接触点３０１Ｃまでの長さを示し、ベクトルＦＡは第１接触点１０１Ｃで発生する力を示し、ベクトルＦＢは第２接触点３０１Ｃで発生する力を示している。
　ここで、ベクトルＬＡおよびベクトルＬＢは、ともにシャフト１０の第１ガイド部１００の高さ１００Ｈ、第１狭円筒部の高さ２００Ｈおよび最大径２００Ｄから算出されるベクトルである。これにより、回転誤差ΔＲＥＸＹを補正する回転方向を的確に検出することができる。
　なお、図８では、第２並進ガイド３０１に第２接触点３０１Ｃがある場合について説明したが、第２接触点３０１Ｃは、第１狭円筒部２００や、図９に示されるように第２ガイド接触面３０２にあってもよい。何れの場合においても、回転モーメントＴＸＹ１とシャフト１０の回転誤差ΔＲＥＸＹとを補正する回転方向が一意の関係性を有するので、回転誤差の補正をスムーズに行うことができる。
　また、第２ガイド部３００の高さ３００Ｈは、次式（３）の関係式が成立するように設計される。ここでは、３００Ｄ＝１００Ｄとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（３）において、３０Ｈはホール３０の高さであり、３１Ｈは、図９における位相ガイド凸部３１の上端とホール底面３２との距離である。また、最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎは、図９に示された第２ガイド部３００がホール３０に挿入された状態において残る回転誤差であり、１００Ｄ＝３００Ｄの場合には次式（４）で表される。なお、第２並進ガイド３０１および第２接続部３０３のシャフト軸方向の高さを考慮すれば、これらの設計自由度は大きくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　これにより、位相を補正するための位相ガイド凸部３１と位相ガイド凹部５００とが接触する前に、第１ガイド部１００および第２ガイド部３００を用いて回転補正を完了させることで、回転誤差ΔＲＥＸＹを最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎまで低減することができる。
　図１０は、回転補正が完了してシャフト１０がホール３０に挿入され、位相ガイド凹部５００のテーパ部５０１と位相ガイド凸部３１とが接触している状態を示している。また、図１１は、図１０のＡ－Ａ断面を示しており、位相誤差ΔＲＥＺを補正する手段を示している。
　位相誤差ΔＲＥＺがある場合、テーパ部５０１と位相ガイド凸部３１とが第３接触点５０１Ｃで接触して力ＦＣが発生し、力検出部１０００で回転モーメントＴＸＹ２および位相モーメントＴＺ２が発生する。
　このとき、図９までに回転補正が完了し、回転誤差ΔＲＥＸＹが最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎまで低減されているので、回転モーメントＴＸＹ２が検知されても回転補正は行わず、位相モーメントＴＺ２が小さくなるように位相を補正することができる。
　なお、位相の補正が完了するまでに第１接触点１０１Ｃ、第２接触点３０１Ｃおよび第３接触点５０１Ｃ以外で接触点が発生しないように、第２狭円筒部４００が設けられている。また、第２狭円筒部４００の最大径４００Ｄは、次式（５）の関係式が成立するように設計される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（４）において、３２Ｈは、図１０における位相ガイド凸部３１の下端とホール底面３２との距離である。これにより、位相補正中に新たな接触状態が発生することを防止して、スムーズに位相を補正することができる。
　図１２は、位相補正が完了して、第１ガイド部１００の第１ガイド底部接触面１０４とホール３０のホール底面３２とが接触した状態を示している。ここでは、図９までに補正しきれなかったＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹ、および回転誤差ΔＲＥＸＹを補正する手段を示している。
　ＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹおよび回転誤差ΔＲＥＸＹがある場合、第１ガイド底部接触面１０４とホール底面３２とが第４接触点３２Ｃで片当たりして力ＦＤが発生し、力検出部１０００で回転モーメントＴＸＹ３が検知される。そのため、この回転モーメントＴＸＹ３が小さくなるようにＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹおよび回転誤差ΔＲＥＸＹをさらに小さく補正することができる。
　また、第１ガイド部１００の第１ガイド接触面１０２、第２ガイド部３００の第２ガイド接触面３０２、または第１ガイド部１００の第１ガイド接触面１０２および第２ガイド部３００の第２ガイド接触面３０２がホール３０と接触することで、ホール３０に対してシャフト１０が重力鉛直方向から傾いた状態でも線接触または面接触となるため、耐荷重を大きくすることができる。
　以上のように、実施の形態１によれば、シャフトは、ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、第１狭円筒部の基端側に設けられ、ホールの直径よりも小さく第１狭円筒部の直径よりも大きい直径を有する第２ガイド部と、シャフトの先端に設けられ、ホールに設けられた凸部と嵌合することでシャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部とを備え、シャフトの形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフトをホールに挿入したときに、シャフトをホールに対して傾けると２つ以下の点でホールと接触する形状である。
　言い換えると、シャフト１０の形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフト１０をホール３０に挿入したときに、ホール３０に対してシャフト１０を傾けても２つ以下の点でホール３０と接触する形状となっている。第３ガイド部が凸部と接触した時点で、シャフト１０は、２つ以下の点でホール３０と接触し、回転モーメントＴＸＹ２および位相モーメントＴＺ２を切り分けて求められるから、位相補正を容易に行うことができる。
　そのため、シャフトとホールとの回転補正を的確に行うとともに、シャフトとホールとの位相補正を行い、シャフトのホールへの挿入を高速に行うことができる。
　実施の形態２．
　図１３は、この発明の実施の形態２に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。図１３において、シャフト１０は、図２に示されたシャフト１０に加えて、第２狭円筒部４００の基端側に設けられ、ホール３０よりも直径が小さく、ホール３０に対する回転補正を行う第４ガイド部６００をさらに備えている。
　また、第４ガイド部６００は、並進をガイドする第４並進ガイド６０１、および構造物に設けられたホール３０の内面と接触する第４ガイド接触面６０２を有している。
　以下、図６～１１および図１４～１５を参照しながら、上記構成のシャフト１０を、構造物に設けられたホール３０に挿入する際の挿入シーケンスについて説明する。ここでは、ＸＹ平面内にＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹが存在し、ＸＹ軸周りの回転誤差ΔＲＥＸＹが存在し、Ｚ軸周りの位相誤差ΔＲＥＺが存在する場合について説明する。
　まず、図６～１１に相当する挿入シーケンスは、上述した実施の形態１と同様である。また、図１４は、位相補正が完了して、第４ガイド部６００の第４並進ガイド６０１とホール３０とが接触した状態を示している。ここでは、図１１に示した位相補正が完了した状態で残っている回転誤差ΔＲＥＸＹを補正する手段を示している。
　位相誤差ΔＲＥＺの補正が完了した後に、第４並進ガイド６０１とホール３０とが第５接触点６０１Ｃで接触して力ＦＥが発生すると、第１ガイド部１００の第１接触点１０１Ｃを含む２点接触が実現され、力検出部１０００で回転モーメントＴＸＹ１が検知される。なお、シャフト１０の形状は、第３ガイド部が凸部と接触するまでシャフト１０をホール３０に挿入したときに、ホール３０に対してシャフト１０を傾けても２つ以下の点でホール３０と接触する形状とするとよい。このとき、この回転モーメントＴＸＹ１が小さくなるようにシャフト１０を回転補正することで、回転誤差ΔＲＥＸＹをさらに小さくすることができる。なお、回転モーメントＴＸＹ１は、次式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、第５接触点６０１Ｃが発生する前に、位相ガイド凹部５００の底面に位相ガイド凸部３１が接触することを避けるために、第２狭円筒部４００の高さ４００Ｈおよび位相ガイド凹部５００の深さ５００Ｈは、次式（７）の関係式が成立するように設計される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、第５接触点６０１Ｃが発生する前に、ホール底面３２に第１ガイド底部接触面１０４が接触することを避けるために、第２狭円筒部４００の高さ４００Ｈは、次式（８）の関係式が成立するように設計される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（７）、（８）において、最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎは、図１５に示された第４ガイド部６００がホール３０に挿入された状態において残る回転誤差であり、１００Ｄ＝６００Ｄの場合には次式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　式（９）から分かるように、この発明の実施の形態２における最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎは、上述した実施の形態１における最小回転誤差ΔＲＥＸＹｍｉｎよりも小さくすることができる。なお、第３並進ガイド６０１のシャフト軸方向の高さを考慮すれば、これらの設計自由度は大きくなる。
　図１５は、第１ガイド部１００の第１ガイド底部接触面１０４とホール３０のホール底面３２とが接触した状態を示している。ここでは、図１４までに補正しきれなかったＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹ、および回転誤差ΔＲＥＸＹを補正する手段を示している。
　ＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹおよび回転誤差ΔＲＥＸＹがある場合、第１ガイド底部接触面１０４とホール底面３２とが第４接触点３２Ｃで片当たりして力ＦＤが発生し、力検出部１０００で回転モーメントＴＸＹ３が検知される。そのため、この回転モーメントＴＸＹ３が小さくなるようにＸＹ方向の位置誤差ΔＥＸＹおよび回転誤差ΔＲＥＸＹを補正することができる。
　以上のように、実施の形態２によれば、シャフトは、上述した実施の形態１に係るシャフトに加えて、第２狭円筒部の基端側に設けられ、ホールよりも直径が小さく、ホールに対する回転補正を行う第４ガイド部をさらに備えている。
　そのため、シャフトとホールとの回転補正をより的確に行うことができる。
　なお、上記実施の形態１、２では、図２、１３に示したように、シャフト１０の第１ガイド部１００の第１並進ガイド１０１および第１接続部１０３、第２ガイド部３００の第２並進ガイド３０１および第２接続部３０３、並びに第４ガイド部６００の第４並進ガイド６０１が直線で描かれている。
　しかしながら、これに限定されず、第１ガイド部１００の第１並進ガイド１０１および第１接続部１０３、第２ガイド部３００の第２並進ガイド３０１および第２接続部３０３、並びに第４ガイド部６００の第４並進ガイド６０１は、球体を含む曲率のある形状であってもよい。具体的には、シャフト１０は、図１６～１９に示されるような形状を有していてもよい。
　これにより、シャフト１０とホール３０とが第１接触点１０１Ｃ、第２接触点３０１Ｃまたは第５接触点６０１Ｃで接触する際の接触圧を低減することが期待できる。
　このとき、第１ガイド部１００の第１並進ガイド１０１および第１接続部１０３、第２ガイド部３００の第２並進ガイド３０１および第２接続部３０３、並びに第４ガイド部６００の第４並進ガイド６０１について、直線と球体を含む曲率のある形状とを任意に組み合わせてもよい。
　実施の形態３．
　上記実施の形態１、２では、シャフト１０側に並進補正および回転補正を行う機能を持たせる場合について説明したが、これに限定されず、ホール３０側に並進補正および回転補正を行う機能を持たせてもよい。
　図２０は、この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示す構成図である。図２０では、上記実施の形態１で挙げたシャフト１０の第１並進ガイド１０１で実現されるホール３０に対する並進補正の機能を、ホール３０側に持たせた場合を示している。
　図２０において、シャフト１０からは、図２に示されたシャフト１０の第１並進ガイド１０１が省略され、ホール３０には、並進をガイドするテーパ状のホール並進ガイド３３が設けられている。
　これにより、シャフト１０に並進ガイド機能を持たせた場合と比較して、ホール並進ガイド３３を大きくすることにより、より大きな位置誤差ΔＥＸＹに容易に対応することができる。
　図２１は、この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示す別の構成図である。図２１では、図２０に示したホール並進ガイド３３に加えて、上記実施の形態１で挙げたシャフト１０の第１狭円筒部２００の機能を、ホール３０側に持たせた場合を示している。
　具体的には、シャフト１０の第１狭円筒部２００は、第１狭円筒部２００による回転誤差により発生する回転モーメントＴＸＹ１が、力検出部１０００の検出分解能１０００ＲＥＳ以上になるように、第１接触点１０１Ｃと第２接触点３０１Ｃとの距離を十分に離す機能を有している。
　図２１において、シャフト１０からは、図２に示されたシャフト１０の第１狭円筒部２００および第２ガイド部３００が省略され、ホール３０には、シャフト１０の第１狭円筒部２００に相当する広円筒部３４が設けられている。
　広円筒部３４は、並進をガイドする広円筒部並進ガイド３４１、シャフト１０と接触する広円筒部側面３４２、およびホール並進ガイド３３と接続する広円筒部接続部３４３を有している。これにより、シャフト１０の剛性を高めることができる。
　図２２は、この発明の実施の形態３に係る挿入ガイドのシャフトおよびホールを示すさらに別の構成図である。図２２では、図２１に示したシャフト１０に加えて、第２狭円筒部４００の基端側に、ホール３０よりも直径が小さく、ホール３０に対する回転補正を行う第４ガイド部６００を設けた構成を示している。
　第４ガイド部６００は、並進をガイドする第４並進ガイド６０１、および構造物に設けられたホール３０の内面と接触する第４ガイド接触面６０２を有している。これにより、位相ガイド凹部５００と位相ガイド凸部３１とが接触する前に回転補正を完了させることができるので、図２１のものよりも回転誤差ΔＲＥＸＹを低減することができる。
　実施の形態４．
　図２３は、この発明の実施の形態４に係る挿入ガイドのシャフトを示す構成図である。図２３において、シャフト１０の力検出部１０００として、６軸力センサ１００１が取り付けられている。また、６軸力センサ１００１は、力計測ロガー１００２に接続され、力計測ロガー１００２は、力計測モニタ１００３に接続されている。ここで、作業者は、６軸力センサ１００１の出力を力計測モニタ１００３で確認しながら、シャフト１０をホール３０に挿入する。
　これにより、定量的に６軸の力をモニタすることができるので、位置補正、回転補正および位相補正を的確に行うことができる。また、シャフト１０の挿入時にかかった荷重を、力計測ロガー１００２を用いて記録することもできる。なお、６軸力センサ１００１、力計測ロガー１００２および力計測モニタ１００３は、実施の形態１～３に示した何れのシャフト１０にも適用することができる。
　実施の形態５．
　図２４は、この発明の実施の形態４に係る挿入ガイドを適用した挿入ガイド装置を示す構成図である。図２４では、ロボットを用いて、シャフト１０をホール３０に自動挿入する構成を示している。なお、シャフト１０の形状は、実施の形態１～３に示した何れのシャフトの形状でもよい。
　図２４において、ロボット２０００は、駆動リンク２００１および駆動リンク２００１の関節角度センサ２００２を備え、ベース２００３に取り付けられている。また、関節角度センサ２００２から出力される関節角度信号２００４、およびシャフト１０の力検出部１０００として取り付けられた６軸力センサ１００１からの６軸力センサ信号２００５がフィードバック信号としてロボット制御器２００６に取り込まれ、目標の関節角度を実現するように関節角度指令信号２００７が駆動リンク２００１に出力される。
　図２５は、この発明の実施の形態４に係る挿入ガイドを適用した挿入ガイド装置の処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの動作主体は、ロボット制御器２００６である。ロボット制御器２００６は、ＣＰＵと記憶装置を有し、以下の処理は、ＣＰＵと記憶装置を用いて処理される。記憶装置には、外部センサからの信号の値、内部のパラメータ、数値演算過程の変数、外部出力パラメータなどが記憶され、これらを使ってＣＰＵが演算処理を行う。
　図２５において、ロボット制御器２００６は、Ｚ位相モーメントを検知したか否かを判定する（ステップＳ１）。
　ステップＳ１において、Ｚ位相モーメントを検知していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ並進力を検知したか否かを判定する（ステップＳ２）。
　ステップＳ２において、ＸＹ並進力を検知した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ方向の並進補正を行う（ステップＳ３）。
　なお、図６～７では、Ｚ相位相モーメントは検知されないが、ＸＹ並進力が検知されるので、ＸＹ方向の並進補正が行われる。また、ここでの並進補正は、６軸力センサ１００１の６軸の力出力のうち、Ｘ、Ｙ成分が小さくなるようにロボットを動かすことで実現される。
　一方、ステップＳ２において、ＸＹ並進力を検知していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ回転モーメントを検知したか否かを判定する（ステップＳ４）。
　ステップＳ４において、ＸＹ回転モーメントを検知した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ回転補正を行う（ステップＳ５）。
　なお、図８～９では、Ｚ相位相モーメントおよびＸＹ並進力は検知されないが、ＸＹ回転モーメントが検知されるので、ＸＹ回転補正が行われる。また、ここでのＸＹ回転補正は、Ｘ、Ｙ軸周りの回転モーメントＴＸ、ＴＹが小さくなるようにロボットを動かすことで実現される。
　一方、ステップＳ４において、ＸＹ回転モーメントを検知していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、Ｚ軸方向にシャフト１０を挿入する（ステップＳ６）。
　また一方、ステップＳ１において、Ｚ位相モーメントを検知した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、位相補正を行う（ステップＳ７）。
　なお、図１０では、Ｚ位相モーメントが検知されるので、位相補正が行われる。また、ここでの位相補正は、Ｚ軸周りの回転モーメントＴＺが小さくなるようにロボットを動かすことで実現される。
　続いて、ロボット制御器２００６は、シャフト１０がホール底面３２に接触したか否かを判定する（ステップＳ８）。
　ステップＳ８において、シャフト１０がホール底面３２に接触していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ１に移行する。
　一方、ステップＳ８において、シャフト１０がホール底面３２に接触した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ回転モーメントを検知したか否かを判定する（ステップＳ９）。
　ステップＳ９において、ＸＹ回転モーメントを検知した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、ＸＹ回転補正を行う（ステップＳ１０）。
　なお、図１２では、シャフト１０がホール底面３２に接触した状態で、ＸＹ回転モーメントが検知されるので、ＸＹ回転補正が行われる。また、ここでのＸＹ回転補正は、Ｘ、Ｙ軸周りの回転モーメントＴＸ、ＴＹが小さくなるようにロボットを動かすことで実現される。
　一方、ステップＳ９において、ＸＹ回転モーメントを検知していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ロボット制御器２００６は、Ｚ軸方向にシャフト１０を挿入する（ステップＳ１１）。
　次に、ロボット制御器２００６は、シャフト１０の挿入が完了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１２において、シャフト１０の挿入が完了していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ９に移行する。
　一方、ステップＳ１２において、シャフト１０の挿入が完了した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、図２５の処理を終了する。
　なお、図２５のステップＳ８において、シャフト１０がホール底面３２に接触したか否かは、力検出部１０００で検出されるＺ方向の並進力が、シャフト１０をホール３０に挿入している最中に発生する力よりも大きくなったことで判定することができる。また、接触を検知するセンサや挿入量を計測するセンサを用いてもよいし、ロボットが挿入した量を記録する手段を有していてもよい。
　また、図２５のステップＳ１２において、シャフト１０の挿入が完了したか否かは、挿入完了を検知するセンサや挿入量を計測するセンサを用いて判定してもよいし、ロボットが挿入した量を記録する手段を有し、記録された量に基づいて判定してもよい。
　これにより、上述した構成を有するロボット２０００を用いて、シャフト１０を、構造物に設けられたホール３０に自動的に挿入することができる。
　なお、上記実施の形態１～５では、ホール３０の位相ガイド凸部３１がピン状であり、位相ガイド凹部５００がテーパ部５０１および嵌合部５０２を有すると説明した。しかしながら、これに限定されず、図２６、２７に示されるように、楕円形状や多角形状のシャフト先端位相ガイド凸部７００とホール底面位相ガイド凹部３５とにより位相補正が行われてもよい。
　また、上記実施の形態１～５では、操作対象がシャフト１０である場合について説明したが、これに限定されず、操作対象は、ホール３０であってもよい。
　１０　シャフト、３０　ホール、３３　ホール並進ガイド、３４　広円筒部、１００　第１ガイド部、２００　第１狭円筒部、３００　第２ガイド部、４００　第２狭円筒部、６００　第４ガイド部、１０００　力検出部、１００２　力計測ロガー、１００３　力計測モニタ、２０００　ロボット、２００６　ロボット制御器。

Claims (10)

  1. 　シャフトのホールへの挿入時に用いられる挿入ガイドであって、
    　前記シャフトは、
    　前記ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、前記ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、
    　前記第１ガイド部の基端側に設けられ、前記第１ガイド部よりも小さい直径を有する第１狭円筒部と、
    　前記第１狭円筒部の基端側に設けられ、前記ホールの直径よりも小さく前記第１狭円筒部の直径よりも大きい直径を有する前記第２ガイド部と、
    　前記第２ガイド部の基端側に設けられ、前記第２ガイド部よりも小さい直径を有する第２狭円筒部と、
    　前記シャフトの先端に設けられ、前記ホールに設けられた凸部と嵌合することで前記シャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部と、を備え、
    　前記シャフトの形状は、前記第３ガイド部が前記凸部と接触するまで前記シャフトを前記ホールに挿入したときに、前記シャフトを前記ホールに対して傾けると２つ以下の点で前記ホールと接触する形状である
    　挿入ガイド。
  2. 　前記シャフトは、前記第２狭円筒部の基端側に設けられ、前記ホールよりも直径が小さく、前記ホールに対する回転補正を行う第４ガイド部をさらに備え、
    　前記第４ガイド部は、第３ガイド部の底面に前記凸部が接触する前に前記ホールと接触するように形成されている
    　請求項１に記載の挿入ガイド。
  3. 　前記第１ガイド部、前記第２ガイド部または前記第３ガイド部は、先端にテーパ状または曲率を有する形状を有する
    　請求項１または請求項２に記載の挿入ガイド。
  4. 　前記ホールは、先端にテーパ状または曲率を有する形状のホール並進ガイドを有する
    　請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の挿入ガイド。
  5. 　前記第１ガイド部、前記第１狭円筒部、前記第２ガイド部、前記第２狭円筒部および前記第３ガイド部の寸法は、次式を満たすように設計されており、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　この式において、
    　３０Ｄは前記ホールの内径を示し、３０Ｈは前記ホールの高さを示し、３１Ｈは前記凸部の上端と前記ホールの底面との距離を示し、３２Ｈは前記凸部の下端と前記ホールの底面との距離を示し、
    　１００Ｈは前記第１ガイド部の高さを示し、１００Ｄは前記第１ガイド部の最大径を示し、２００Ｈは前記第１狭円筒部の高さを示し、３００Ｈは前記第２ガイド部の高さを示し、４００Ｄは前記第２狭円筒部の最大径を示し、
    　ＴＸＹ１は前記第１ガイド部と前記ホールとの第１接触点で発生する力ＦＡ、および前記第２ガイド部と前記ホールとの第２接触点で発生する力ＦＢを起因とする回転モーメントであり、ベクトルＬＡは力検出部から前記第１接触点までの長さを示し、ベクトルＬＢは前記力検出部から前記第２接触点までの長さを示し、１０００ＲＥＳは前記力検出部の検出分解能を示し、
    　ΔＲＥＸＹｍａｘは前記シャフトと前記ホールとの回転誤差の最大値を示し、
    　ΔＲＥＸＹｍｉｎは前記第２ガイド部の回転補正の結果残る回転誤差を示す
    　請求項１または請求項２に記載の挿入ガイド。
  6. 　前記シャフトは、前記第２狭円筒部の基端側に設けられ、前記ホールよりも直径が小さく、前記ホールに対する回転補正を行う第４ガイド部をさらに備え、
    　前記第４ガイド部は、第３ガイド部の底面に前記凸部が接触する前に前記ホールと接触するように形成されており、
    　前記第１ガイド部、前記第１狭円筒部、前記第２ガイド部、前記第２狭円筒部、前記第３ガイド部および前記第４ガイド部の寸法は、さらに次式を満たすように設計されており、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　この式において、
    　４００Ｈは前記第２狭円筒部の高さを示し、５００Ｈは前記第３ガイド部の深さを示す
    　請求項５に記載の挿入ガイド。
  7. 　請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の挿入ガイドと、
    　前記シャフトの力検出部に設けられた力センサと、
    　前記力センサに接続された力計測ロガーと、
    　前記力計測ロガーに接続された力計測モニタと、を備えた
    　挿入ガイド装置。
  8. 　請求項７に記載された前記力センサからの出力をフィードバックしてロボットを制御することで、前記シャフトを前記ホールに挿入するロボット制御器を備えた挿入ガイド装置であって、
    　前記ロボット制御器は、
    　前記第１ガイド部が前記ホールと接触している場合には、シャフト軸方向を鉛直とする平面内の並進力が小さくなるように前記ロボットを制御し、
    　前記第１ガイド部および前記第２ガイド部が前記ホールとそれぞれ接触している場合には、シャフト軸方向を鉛直とする平面を形成する２つの軸周りの回転モーメントが小さくなるように前記ロボットを制御し、
    　前記第３ガイド部が前記凸部と接触している場合には、シャフト軸方向周りの回転モーメントを小さくなるように前記ロボットを制御し、
    　前記シャフトの先端が前記ホールの底面と接触している場合には、シャフト軸方向を鉛直とする平面を形成する２つの軸周りの回転モーメントが小さくなるように前記ロボットを制御する
    　挿入ガイド装置。
  9. 　請求項８に記載の挿入ガイド装置において、操作対象がホールである
    　挿入ガイド装置。
  10. 　シャフトのホールへの挿入時に用いられる挿入ガイドであって、
    　前記シャフトは、
    　前記ホールに挿入されるシャフトの先端に設けられ、前記ホールよりも小さい直径を有する第１ガイド部と、
    　前記第１ガイド部の基端側に設けられ、前記第１ガイド部よりも小さい直径を有する第１狭円筒部と、
    　前記シャフトの先端に設けられ、前記ホールに設けられた凸部と嵌合することで前記シャフトの軸まわりの回転である位相を決める凹部である第３ガイド部と、を備え、
    　前記ホールは、
    　前記ホールの直径よりも広い側面を有する広円筒部を備え、
    　前記シャフトの形状は、前記第３ガイド部が前記凸部と接触するまで前記シャフトを前記ホールに挿入したときに、前記シャフトを前記ホールに対して傾けると２つ以下の点で前記ホールと接触する形状である
    　挿入ガイド。
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