(57)【要約】【課題】組立部品と被組立部品との組み立て構造によらず、ロボットによる組立作業の成否判定を行うことが可能なロボットコントローラを得ること。【解決手段】ロボットコントローラ７は、ロボットの動作を制御する動作制御部７１と、部品把持部の先端部を基準面に押し付けて基準面からの反力が予め決められた第１の値に到達した時の部品把持部の位置座標である基準位置を取得する基準位置取得部７２３と、先端部を組立体に押し付けて組立体からの反力が予め決められた第２の値に到達した時の部品把持部の位置座標である組立体位置を取得する組立体位置取得部７２４と、を備える。また、ロボットコントローラ７は、基準位置と組立体位置との差分から組立体の高さ寸法を算出する組立体寸法算出部７２５と、組立体の高さ寸法が予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって組立体の組立成否を判定する組立成否判定部７２６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品把持部に把持した組立部品を被組立部品に組み付けて組立体を組み立てるロボットを制御するロボットコントローラであって、
前記ロボットの動作を制御する動作制御部と、
前記部品把持部の先端部を基準面に押し付けて前記基準面からの反力が予め決められた第１の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である基準位置を取得する基準位置取得部と、
前記先端部を前記組立体に押し付けて前記組立体からの反力が予め決められた第２の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である組立体位置を取得する組立体位置取得部と、
前記基準位置と前記組立体位置との差分から前記組立体の高さ寸法を算出する組立体寸法算出部と、
前記組立体の高さ寸法が予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって前記組立体の組立成否を判定する組立成否判定部と、
を備えることを特徴とするロボットコントローラ。
【請求項２】
前記基準面が、前記被組立部品が位置決め固定される部品位置決め部において前記被組立部品が配置される配置面であること、
を特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項３】
前記基準面が、前記配置面に配置されて高さ寸法が既知である治具の位置座標と、前記治具の高さ寸法とによって算出されること、
を特徴とする請求項２に記載のロボットコントローラ。
【請求項４】
ロボットの部品把持部に把持された組立部品が被組立部品に組み付けられた組立体の組み立ての成否を検査する組立成否検査装置であって、
前記ロボットと、
前記部品把持部の先端部に作用する力を取得する力取得部と、
前記部品把持部の位置座標を取得する位置取得部と、
前記部品把持部の先端部を基準面に押し付けて前記基準面からの反力が予め決められた第１の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である基準位置を取得する基準位置取得部と、
前記先端部を前記組立体に押し付けて前記組立体からの反力が予め決められた第２の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である組立体位置を取得する組立体位置取得部と、
前記基準位置と前記組立体位置との差分から前記組立体の高さ寸法を算出する組立体寸法算出部と、
前記組立体の高さ寸法が予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって前記組立体の組立成否を判定する組立成否判定部と、
を備えることを特徴とする組立成否検査装置。
【請求項５】
前記基準面が、前記被組立部品が位置決め固定される部品位置決め部において前記被組立部品が配置される配置面であること、
を特徴とする請求項４に記載の組立成否検査装置。
【請求項６】
前記基準面が、前記配置面に配置されて高さ寸法が既知である治具の位置座標と、前記治具の高さ寸法とによって算出されること、
を特徴とする請求項５に記載の組立成否検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載のロボットコントローラと、前記ロボットと、を備えるロボットシステムが前記組立体を組み立てる組立体の組み立て方法であって、
前記基準位置取得部が、前記部品把持部の先端部が前記基準面に押し付けられて前記基準面からの反力が予め決められた前記第１の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である前記基準位置を取得する基準位置取得ステップと、
前記ロボットが、前記組立部品を前記被組立部品に組み付けて前記組立体を組み立てる組立ステップと、
前記組立体位置取得部が、前記先端部が前記組立体に押し付けられて前記組立体からの反力が予め決められた前記第２の値に到達した時の前記部品把持部の位置座標である前記組立体位置を取得する組立体位置取得ステップと、
前記組立体寸法算出部が、前記基準位置と前記組立体位置との差分を用いて前記組立体の高さ寸法を算出する組立体寸法算出ステップと、
前記組立成否判定部が、前記組立体の高さ寸法が前記予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって前記組立体の組立成否を判定する組立成否判定ステップと、
を含むことを特徴とする組立体の組み立て方法。
【請求項８】
前記基準面が、前記被組立部品が位置決め固定される部品位置決め部において前記被組立部品が配置される配置面であること、
を特徴とする請求項７に記載の組立体の組み立て方法。
【請求項９】
前記基準面が、前記配置面に配置されて高さ寸法が既知である治具の位置座標と、前記治具の高さ寸法とによって算出されること、
を特徴とする請求項８に記載の組立体の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立体の組立成否の判定を行うことが可能なロボットコントローラ、組立成否検査装置および組立体の組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品の組立作業を行うロボットにおいて、ハンド先端部に力センサを設け、部品の組立中に力センサで検出した力情報とロボット先端の位置情報とを利用して、部品の組立成否の検査を行う方法が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、組立中に力センサで検出した力情報とロボット先端の位置情報との関係を示す波形から検査範囲の部分波形を切り出し、部分波形における極大値と極小値との差が判定基準を満たすか否かによって組立成否を判定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３２３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の方法は、組立中の力情報とロボット先端の位置情報との関係を示す部分波形において極大値と極小値が発生するような組立作業、例えば外れ防止用の爪部を有する部品の組立作業のように、爪部が嵌合するまではロボットの力が増大し、嵌合した途端に力は減少し、さらにロボットが押し込むと力が増大するような組立作業には適している。しかしながら、特許文献１の方法は、組立中の力情報とロボット先端の位置情報との関係を示す部分波形において極大値と極小値が発生しない組立作業、例えば外れ防止用の爪部を有しない部品同士の組立作業には不向きである。したがって、組立部品と被組立部品との組み立て構造によらず、ロボットによる組立作業の成否判定を行うことが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、組立部品と被組立部品との組み立て構造によらず、ロボットによる組立作業の成否判定を行うことが可能なロボットコントローラを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるロボットコントローラは、部品把持部に把持した組立部品を被組立部品に組み付けて組立体を組み立てるロボットを制御する。ロボットコントローラは、ロボットの動作を制御する動作制御部と、部品把持部の先端部を基準面に押し付けて基準面からの反力が予め決められた第１の値に到達した時の部品把持部の位置座標である基準位置を取得する基準位置取得部と、先端部を組立体に押し付けて組立体からの反力が予め決められた第２の値に到達した時の部品把持部の位置座標である組立体位置を取得する組立体位置取得部と、を備える。また、ロボットコントローラは、基準位置と組立体位置との差分から組立体の高さ寸法を算出する組立体寸法算出部と、組立体の高さ寸法が予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって組立体の組立成否を判定する組立成否判定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるロボットコントローラによれば、組立部品と被組立部品との組み立て構造によらず、ロボットによる組立作業の成否判定を行うことが可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるロボットコントローラを備えたロボットシステムの全体図
【図２】図１に示すロボットシステムにおける制御系のブロック図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図
【図４】図１に示すロボットシステムが行う組立体の組立および組立体の検査における把持ハンドの動作を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態１における基準位置取得動作の動作手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態１における基準位置取得動作時に力覚センサで検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態１における部品組立動作の動作手順を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態１における組立体位置取得動作および組立成否検査方法の動作手順を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態１における組立体位置取得動作時に力覚センサで検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図
【図１０】図１に示すロボットシステムにおける組立体の組み立てが失敗した場合の組立体の組み立て工程および組立成否検査工程を示す模式図
【図１１】図１に示すロボットシステムにおける組立体の組み立てが失敗した場合の組立体位置取得動作時に力覚センサで検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図
【図１２】本発明の実施の形態２において図１に示すロボットシステムが行う基準位置取得動作を示す模式図
【図１３】本発明の実施の形態２における基準位置取得動作の動作手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるロボットコントローラ、組立成否検査装置および組立体の組み立て方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるロボットコントローラ７を備えたロボットシステム１００の全体図である。図２は、図１に示すロボットシステム１００における制御系のブロック図である。ロボットシステム１００は、組付台６０に設置されたロボット４０と、ロボット４０を制御するロボットコントローラ７と、を備える。
【００１２】
ロボット４０は、組付台６０に配置されたベース部４１と、ベース部４１に支持されたロボットアーム１と、を有する。ロボットアーム１の手首には、力覚センサ２を備えた部品把持部である把持ハンド３が装着されている。把持ハンド３には、組立部品４を把持する一対の把持フィンガ３ａが取り付けられている。一対の把持フィンガ３ａは、把持ハンド３によって開閉されて、組立部品４を把持し、また把持した組立部品４を開放する。組立部品４は、把持ハンド３の把持対象となる物体である。
【００１３】
把持ハンド３は、一対の把持フィンガ３ａの間隔を調整することで組立部品４を把持する。ロボットアーム１は、把持ハンド３が組立部品４を把持した状態で、組付台６０に設置された部品位置決め部６に位置決め固定された被組立部品５への組立部品４の組付動作を行う。
【００１４】
力覚センサ２は、把持ハンド３の先端部３ｂに作用する力を検出する。すなわち、力覚センサ２は、一対の把持フィンガ３ａの先端部３ｂに作用する力を検出する。
【００１５】
ロボットコントローラ７は、演算機能部および記憶部を備え、記憶部に記憶されたロボットプログラムに従ってロボットアーム１および把持ハンド３の制御を行い、被組立部品５への組立部品４の組付動作の制御および組立体の組立成否検査の制御といった制御を行う。ロボットコントローラ７は、予めロボットプログラムに設定された組立部品４の組付動作および分岐判定における条件に従ってロボットアーム１および把持ハンド３を制御する。また、ロボットコントローラ７は、予めロボットプログラムに設定された組立体の組立成否検査動作および分岐判定における条件に従ってロボットアーム１および把持ハンド３を制御する。
【００１６】
図１においては、把持方向に沿った方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸方向およびＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、把持ハンド３が把持した組立部品４を被組立部品５に組み付ける際に把持ハンド３が移動する方向に沿った方向であり、鉛直方向である。Ｚ軸方向は、鉛直上方向がプラス方向である。ここで、把持方向とは、把持ハンド３が組立部品４を把持するために一対の把持フィンガ３ａの間隔を調整する際、一対の把持フィンガ３ａが組立部品４に近付く方向を表す。
【００１７】
ロボットコントローラ７は、ロボットアーム１および把持ハンド３の動作を制御して組立体の組み立てにおけるロボット４０の動作および組立体の組立成否検査におけるロボット４０の動作を制御する動作制御部７１と、組立体の組立成否検査の処理を制御する検査制御部７２と、ロボット４０の動作および組立体の組立成否検査に関わる各種の情報を記憶する記憶部７３と、表示部７４と、を備え、ロボットプログラムに従ってロボット４０の動作を総合的に制御する。ロボットコントローラ７内の各構成部は互いに情報の送受信が可能である。
【００１８】
ロボットプログラムは、被組立部品５への組立部品４の組付動作の制御と、組立体の組立成否検査の制御と、ロボットコントローラ７全体の制御を実行するためのプログラムである。ロボットプログラムには、ロボットアーム１の位置、把持ハンド３の位置、組立部品４の組付動作の手順、組立体の組立成否検査の動作の手順など、ロボットアーム１の制御および把持ハンド３の制御および組立体の組立成否検査等に必要な情報が記憶されている。
【００１９】
検査制御部７２は、力取得部７２１と、位置取得部７２２と、基準位置取得部７２３と、組立体位置取得部７２４と、組立体寸法算出部７２５と、組立成否判定部７２６と、を有する。
【００２０】
力取得部７２１は、力覚センサ２で検出された把持ハンド３の先端部３ｂに作用する力を取得する。
【００２１】
位置取得部７２２は、力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値に達したときの把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標をロボットアーム１から取得する。
【００２２】
基準位置取得部７２３は、把持ハンド３の先端部３ｂを基準面に押し付けて基準面からの反力が予め決められた力検出値である第１の値に到達した時の把持ハンド３の先端位置の位置座標である基準位置を取得する。
【００２３】
組立体位置取得部７２４は、把持ハンド３の先端部３ｂを組立体の上面に押し付けて組立体からの反力が予め決められた力検出値である第２の値に到達した時の把持ハンド３の先端位置の位置座標である組立体位置を取得する。
【００２４】
組立体寸法算出部７２５は、基準位置と組立体位置との差分から組立体の高さ寸法を算出する。
【００２５】
組立成否判定部７２６は、組立体の高さ寸法が予め定められた閾値範囲に入っているか否かによって組立体の組立成否を判定する。
【００２６】
上記のロボットコントローラ７の動作制御部７１は、例えば、図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。図３は、本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図である。動作制御部７１が図３に示す処理回路により実現される場合、動作制御部７１は、例えば、図３に示すメモリ１０２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０１が実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、動作制御部７１の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。
【００２７】
また、上記のロボットコントローラ７の検査制御部７２は、例えば、図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。検査制御部７２が図３に示す処理回路により実現される場合、検査制御部７２は、例えば、図３に示すメモリ１０２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０１が実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、検査制御部７２の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。
【００２８】
なお、ロボットコントローラ７には、演算機能および記憶部を有したコンピュータ装置またはたとえばプログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＰＬＣ）といった制御機器を用いてもよい。
【００２９】
本実施の形態１にかかる組立成否検査装置は、ロボットシステム１００により構成される。すなわち、ロボットシステム１００は、部品把持部に把持した組立部品を被組立部品に組み付けて組立体を組み立てる組み立て機能と、組み立てられた組立体の組立成否を検査する機能と、を兼ね備えている。
【００３０】
つぎに、ロボットシステム１００における、組立成否検査方法を含む組立体の組み立て方法について説明する。図４は、図１に示すロボットシステム１００が行う組立体の組立および組立体の検査における把持ハンド３の動作を示す模式図である。図４において、図４（ａ）および図４（ｂ）は基準位置取得動作を示し、図４（ｃ）および図４（ｄ）は部品組立動作を示し、図４（ｅ）および図４（ｆ）は、組立体位置取得動作を示す。ロボットシステム１００における組立体の組み立て方法では、基準位置取得動作と、部品組立動作と、組立体位置取得動作と、が実施される。すなわち、ロボットシステム１００における組立体の組み立て方法では、組立体２０の組立と、組立体２０の組立成否検査と、が行われる。
【００３１】
組立体２０の組立は、ロボットコントローラ７の動作制御部７１の制御により行われる。組立体２０の検査は、ロボットコントローラ７の動作制御部７１および検査制御部７２の制御により行われる。
【００３２】
まず、基準位置取得動作について説明する。基準位置取得動作は、ロボットシステム１００における組立体２０の組立に先立って行われる。図５は、本発明の実施の形態１における基準位置取得動作の動作手順を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態１における基準位置取得動作時に力覚センサ２で検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図である。図６において、縦軸は力検出値、横軸は基準位置取得動作時の位置検出値を表している。横軸の位置検出値は、Ｚ軸方向の位置検出値であり、Ｚ軸方向における上方の位置ほど、値が大きくなる。
【００３３】
ステップＳ１１０において、ロボットアーム１が、把持ハンド３の先端部３ｂを部品位置決め部６の基準面６ａに押し付ける押付動作を行う。ロボットアーム１が動くことにより、図４（ａ）に示すように、予め決められた組付作業開始点に把持ハンド３が移動する。そして、ロボットアーム１が動くことにより、把持ハンド３が部品位置決め部６の基準面６ａへ向かってＺ軸方向において下方に動作し、図４（ｂ）に示すように把持ハンド３の先端部３ｂが基準面６ａに接触する。把持ハンド３の先端部３ｂは、一対の把持フィンガ３ａの先端部である。
【００３４】
力覚センサ２は、基準位置取得動作の開始後、力覚センサ２で検出される力検出値を予め決められた周期で取得し、力取得部７２１に送信する。ここで力覚センサ２によって検出される力は、把持ハンド３の先端部３ｂを基準面６ａに押し付ける押付動作によって把持ハンド３の先端部３ｂに作用する力であり、基準面６ａからの反力である。把持ハンド３の先端部３ｂが基準面６ａに接触するまでは、力覚センサ２には、把持ハンド３の自重が検出される。このため、力覚センサ２で検出される力検出値は、図６に示すようにマイナスの値となる。
【００３５】
その後、把持ハンド３の先端部３ｂが基準面６ａに接触すると、力覚センサ２には、把持ハンド３の自重が掛かる方向と反対方向にロボットアーム１の押付力が作用する。そして、さらに把持ハンド３の先端部３ｂを基準面６ａに押し当て続けると、図６に示すように力検出値は増加する。図６におけるＡ点は、把持ハンド３の先端部３ｂが基準面６ａに接触したときを示している。
【００３６】
つぎに、ステップＳ１２０において、力取得部７２１は、力覚センサ２から送られてくる力検出値を監視し、力検出値が予め定められた第１の値である力検出値Ｆａに到達したか否かを判定する。力検出値Ｆａは、予め定められて力取得部７２１に記憶されている。力検出値が力検出値Ｆａに到達していない場合は、ステップＳ１２０においてＮｏとなり、ステップＳ１１０に戻り、ロボットアーム１が押付動作を継続する。力検出値が力検出値Ｆａに到達した場合は、ステップＳ１２０においてＹｅｓとなり、ステップＳ１３０に進む。
【００３７】
つぎに、ステップＳ１３０において、ロボットアーム１は、把持ハンド３の先端部３ｂを基準面６ａに押し付ける押付動作を停止する。
【００３８】
つぎに、ステップＳ１４０において、基準位置取得部７２３は、ロボットアーム１が押付動作を停止した時の位置検出値Ｚａを取得する。位置検出値Ｚａは、基準位置取得動作において力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値Ｆａに達してロボットアーム１が押付動作を停止した時の、把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標である。具体的には、位置検出値Ｚａは、把持ハンド３の先端部３ｂのＺ軸方向における位置座標である。また、位置検出値Ｚａは、後述するように組立体２０の組立体寸法Ｈｐを算出する際の、Ｚ軸方向における基準位置である。
【００３９】
位置取得部７２２は、力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値Ｆａに達したときのロボットアーム１の位置座標の情報、すなわち力検出値Ｆａに対応するロボットアーム１の位置座標の情報を、ロボットアーム１から取得して基準位置取得部７２３に送信する。ロボットアーム１の位置座標の情報は、公知の技術により得られるため、説明を省略する。
【００４０】
基準位置取得部７２３は、ロボットアーム１の位置座標と把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標との相関関係を示す情報と、力検出値Ｆａに対応するロボットアーム１の位置座標の情報と、から位置検出値Ｚａを算出して取得する。
【００４１】
つぎに、ステップＳ１５０において、基準位置取得部７２３は、取得した位置検出値Ｚａを記憶部７３に記憶させる。以上の動作が行われることにより、基準位置取得動作が終了する。
【００４２】
つぎに、部品組立動作について説明する。部品組立動作は、基準位置取得動作の終了後に行われる。図７は、本発明の実施の形態１における部品組立動作の動作手順を示すフローチャートである。
【００４３】
ステップＳ２１０において、図４（ｃ）に示すように、被組立部品５が部品位置決め部６の基準面６ａ上に位置決め固定される。被組立部品５の部品位置決め部６上への位置決め固定は、ロボットアーム１が行ってもよく、他のロボットにより行われてもよい。
【００４４】
つぎに、ステップＳ２２０において、ロボットアーム１は、図４（ｃ）に示すように把持ハンド３で組立部品４を把持する。
【００４５】
つぎに、ステップＳ２３０において、ロボットアーム１が動くことにより、組立部品４を被組立部品５に押し付ける方向に組立部品４を移動させて、図４（ｄ）に示すように被組立部品５に対して組立部品４の組み付け動作を行う。以上の動作が行われることにより、部品組立動作が終了する。
【００４６】
つぎに、組立体位置取得動作および組立成否検査方法について説明する。組立体位置取得動作は、部品組立動作の終了後に行われる。図８は、本発明の実施の形態１における組立体位置取得動作および組立成否検査方法の動作手順を示すフローチャートである。図９は、本発明の実施の形態１における組立体位置取得動作時に力覚センサ２で検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図である。図９において、縦軸は力検出値、横軸は組立体位置取得動作時の位置検出値を表している。横軸の位置検出値は、Ｚ軸方向の位置検出値であり、Ｚ軸方向における上方の位置ほど、値が大きくなる。
【００４７】
まず、組立体位置取得動作が行われる。ステップＳ３１０において、ロボットアーム１が、把持ハンド３の先端部３ｂを組立部品４に押し付ける押付動作を行う。すなわち、把持ハンド３の把持フィンガ３ａが組立部品４を開放し、ロボットアーム１が動くことにより、把持ハンド３がＺ軸方向において組立部品４から上方に離間する。その後、ロボットアーム１が動くことにより、把持ハンド３が、組立部品４の組み付け時よりも一対の把持フィンガ３ａの間隔を狭めた状態で図４（ｅ）に示すように部品組立が完了した組立体２０へ向かって、Ｚ軸方向において下方に動作する。そして、図４（ｆ）に示すように、把持ハンド３の先端部３ｂが、組立体２０の上面である組立部品４の上面４ａに接触する。
【００４８】
力覚センサ２は、組立体位置取得動作の開始後、力覚センサ２で検出される力検出値を予め決められた周期で取得し、力取得部７２１に送信する。ここで力覚センサ２によって検出される力は、把持ハンド３の先端部３ｂを組立体２０の上面である組立部品４の上面４ａに押し付ける押付動作によって把持ハンド３の先端部３ｂに作用する力である。把持ハンド３の先端部３ｂが組立部品４に接触するまでは、力覚センサ２には、把持ハンド３の自重が検出される。このため、力覚センサ２で検出される力検出値は、図９に示すようにマイナスの値となる。
【００４９】
その後、把持ハンド３の先端部３ｂが組立部品４の上面４ａに接触すると、力覚センサ２には、把持ハンド３の自重が掛かる方向と反対方向にロボットアーム１の押付力が作用する。そして、さらに把持ハンド３の先端部３ｂを組立部品４の上面４ａに押し当て続けると、図９に示すように力検出値は増加する。図９におけるＢ点は、把持ハンド３の先端部３ｂが組立部品４の上面４ａに接触したときを示している。
【００５０】
つぎに、ステップＳ３２０において、力取得部７２１は、力覚センサ２から送られてくる力検出値を監視し、力検出値が予め定められた第２の値である力検出値Ｆｂに到達したか否かを判定する。力検出値Ｆｂは、予め定められて力取得部７２１に記憶されている。力検出値が力検出値Ｆｂに到達していない場合は、ステップＳ３２０においてＮｏとなり、ステップＳ３１０に戻り、ロボットアーム１が押付動作を継続する。力検出値が力検出値Ｆｂに到達した場合は、ステップＳ３２０においてＹｅｓとなり、ステップＳ３３０に進む。
【００５１】
ステップＳ３３０において、ロボットアーム１は、把持ハンド３の先端部３ｂを組立部品４の上面４ａに押し付ける押付動作を停止する。
【００５２】
つぎに、ステップＳ３４０において、組立体位置取得部７２４は、ロボットアーム１が押付動作を停止した時の位置検出値Ｚｂを取得する。位置検出値Ｚｂは、組立体位置取得動作において力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値Ｆｂに達してロボットアーム１が押付動作を停止した時の、把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標である。具体的には、位置検出値Ｚｂは、把持ハンド３の先端部３ｂのＺ軸方向における位置座標である。また、位置検出値Ｚａは、後述するように組立体２０の組立体寸法Ｈｐを算出する際の、Ｚ軸方向における組立体位置である。
【００５３】
位置取得部７２２は、力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値Ｆｂに達したときのロボットアーム１の位置座標の情報、すなわち力検出値Ｆｂに対応するロボットアーム１の位置座標の情報を、ロボットアーム１から取得して組立体位置取得部７２４に送信する。
【００５４】
組立体位置取得部７２４は、ロボットアーム１の位置座標と把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標との相関関係を示す情報と、力検出値Ｆｂに対応するロボットアーム１の位置座標の情報と、から位置検出値Ｚｂを算出して取得する。
【００５５】
つぎに、ステップＳ３５０において、組立体位置取得部７２４は、取得した位置検出値Ｚｂを記憶部７３に記憶させる。以上の動作が行われることにより、組立体位置取得動作が終了する。
【００５６】
組立体位置取得動作に引き続き、組立成否判定が行われる。ステップＳ３６０において、組立体寸法算出部７２５が、組立体寸法Ｈｐを下記の式（１）で算出する。組立体寸法算出部７２５は、算出した組立体寸法Ｈｐを記憶部７３に記憶させる。組立体寸法Ｈｐは、組立後の組立体のＺ軸方向の寸法、すなわち組立後の組立体２０の高さ寸法である。
【００５７】
Ｈｐ＝Ｚｂ−Ｚａ      ・・・（１）
【００５８】
つぎに、ステップＳ３７０において、組立成否判定部７２６が、算出した組立体寸法Ｈｐが予め定められた組立体寸法の閾値範囲に入っているか否かを判定する。すなわち、組立成否判定部７２６は、算出した組立体寸法Ｈｐが、予め定められた組立体寸法の閾値範囲の下限閾値より大きく、且つ予め定められた組立体寸法の閾値範囲の上限閾値より小さいか否かを判定する。組立体寸法Ｈｐが予め定められた組立体寸法の閾値範囲に入っていると判定された場合は、ステップＳ３７０においてＹｅｓとなり、ステップＳ３８０に進む。組立体寸法Ｈｐが予め定められた組立体寸法の閾値範囲に入っていないと判定された場合は、ステップＳ３７０においてＮｏとなり、ステップＳ４００に進む。
【００５９】
ステップＳ３８０において、組立成否判定部７２６は、組立体２０の組立状態が良好であり、組立体２０の組み立てが成功していると判定し、ステップＳ３９０に進む。
【００６０】
つぎに、ステップＳ３９０において、組立成否判定部７２６は、検査結果を表示部７４に出力して表示部７４に表示させ、一連の組立体２０の組立動作および組立体２０の検査動作を終了する。
【００６１】
ステップＳ４００において、組立成否判定部７２６は、組立体２０の組立状態が不良であり、組立体２０の組み立てが失敗していると判定し、ステップＳ３９０に進む。
【００６２】
上述した基準位置取得動作は、組立体２０の組立毎に行ってもよいが、予め記憶部７３に記憶した基準位置である位置検出値Ｚａを使用することで、組立後の組立体２０の位置検出値Ｚｂを取得するだけで組立体寸法Ｈｐを求めることが可能となる。したがって、組立体２０の組立毎に位置検出値Ｚａを取得する動作が不要となり、組立体２０の組立のサイクルタイムを短縮することができる。
【００６３】
ただし、ロボット４０の把持ハンド３および基準面６ａなどに摩耗があった場合、また力覚センサ２の検出性能の経時変化等により把持ハンド３の先端部３ｂの押し付け力が変化した場合には、基準位置取得動作時に力覚センサ２で検出される力検出値も変化して、組立成否を正しく判定できなくなる。このため、１日に１回行う日常点検時または１ヶ月に１回行う月例点検時など、一定期間毎に基準位置取得動作を行って基準位置である位置検出値Ｚａを取得して、記憶部７３に記憶されている基準位置を更新する必要がある。
【００６４】
上記の力検出値Ｆａおよび力検出値Ｆｂは、組立部品４および被組立部品５に損傷を与えるような大きな力ではない。また、力検出値Ｆａおよび力検出値Ｆｂは、ロボットアーム１の動作時の加速度による影響により組立部品４に接触していない状態で力を誤検知してしまうような小さな力でもない。そして、力検出値Ｆａおよび力検出値Ｆｂは、組立部品４および被組立部品５の寸法公差により組立部品４と被組立部品５との組み付け部分に隙間ができるような部品に対して、隙間がなくなるまで押し付けることができるような適度な力に設定される。また、力検出値Ｆａと力検出値Ｆｂとは、組立体寸法Ｈｐを正しく算出することができるように設定されればよく、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。
【００６５】
力検出値Ｆａと力検出値Ｆｂとは、実際には、組立が正常に完了した複数台の組立体２０に対して、複数回にわたって繰り返して組立体寸法Ｈｐを測定し、組立体寸法Ｈｐの測定結果が安定した結果となるように設定される。組立体寸法Ｈｐが安定した結果とは、組立部品４と被組立部品５との寸法公差を考慮した寸法の範囲に収まっていることが確認できる結果である。
【００６６】
ただし、力検出値Ｆｂが同じ条件で組立体位置取得動作を行った場合でも、組立部品４および被組立部品５の材質および形状に依って、把持ハンド３の先端部３ｂが押し付けられたときの反力が変化して、力覚センサ２で検出される力検出値が変化する。このため、組立部品４および被組立部品５の材質および形状も考慮する必要がある。
【００６７】
つぎに、組立体２０の組み立てが失敗した場合について説明する。図１０は、図１に示すロボットシステム１００における組立体２０の組み立てが失敗した場合の組立体の組み立て工程および組立成否検査工程を示す模式図であり、図４に対応する図である。図１０において、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は基準位置取得動作を示し、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は部品の部品組立動作を示し、図１０（ｅ）および図１０（ｆ）は、組立体位置取得動作を示す。図１１は、図１に示すロボットシステム１００における組立体２０の組み立てが失敗した場合の組立体位置取得動作時に力覚センサ２で検出される力検出値と、位置検出値との関係の一例を示す特性図である。図１１において、縦軸は力検出値、横軸は組立体位置取得動作時の位置検出値を表している。横軸の位置検出値は、Ｚ軸方向の位置検出値であり、Ｚ軸方向における上方の位置ほど、値が大きくなる。
【００６８】
図１０に示す基準位置取得動作は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した手順と同様である。
【００６９】
図１０に示す部品組立動作は、図１０（ｃ）に示すようにＸ軸方向における把持ハンド３の位置が部品位置決め部６の位置からずれてしまっている。このため、組立部品４の組立位置がＸ軸方向においてずれた状態で被組立部品５に組立部品４が乗り上げ、図１０（ｄ）に示すように組立体２０の組み立てが失敗している。
【００７０】
図１０に示す組立体位置取得動作は、図１０（ｅ）および図１０（ｆ）に示すように、組み立てが失敗した組立体２０の組立部品４の上面４ａに把持ハンド３が接触し、さらに組立部品４の上面４ａへの把持ハンド３の押し込みが続けられること以外は、図４（ｅ）および図４（ｆ）に示した場合と同様である。
【００７１】
この場合に検出される位置検出値Ｚｃは、図１１に示すように、組立体２０の組み立てが成功している場合に検出される位置検出値Ｚｂと比較して大きい値となる。したがって、この場合に上記の式（１）で算出される組立体寸法Ｈｐの値は、組立体２０の組み立てが成功している場合に算出される値と比較して大きくなり、また、予め定められた組立体寸法の閾値範囲の上限閾値よりも大きくなる。
【００７２】
そして、組立体寸法の閾値範囲を位置検出値Ｚｃと位置検出値Ｚｂの間の数値に設定することで、組立体２０の組立成否の判定が可能となる。
【００７３】
上述したように、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法においては、把持ハンド３が部品位置決め部６の基準面６ａに押し付けられ、把持ハンド３が基準面６ａに接触する。さらに把持ハンド３が基準面６ａに押し込まれ、力検出値が予め定められた力検出値Ｆａに到達すると把持ハンド３の押し付けが停止される。そして、把持ハンド３の押し付けが停止された時の位置検出値Ｚａが取得され、基準位置として記憶部７３に記憶される。
【００７４】
つぎに、被組立部品５が部品位置決め部６上に位置決め固定され、組立部品４が把持ハンド３によって把持され、被組立部品５に対して組み付けられる。
【００７５】
つぎに、把持ハンド３が組立完了した組立体２０の上面である組立部品４の上面４ａに押し付けられ、把持ハンド３が基準面６ａに接触する。さらに把持ハンド３が組立部品４の上面４ａに押し込まれ、力検出値が予め定められた力検出値Ｆｂに到達すると把持ハンド３の押し付けが停止される。そして、把持ハンド３の押し付けが停止された時の位置検出値Ｚｂが取得され、組立体位置として記憶部７３に記憶される。
【００７６】
その後、基準位置と組立体位置との差分から、組立体２０の高さ寸法である組立体寸法Ｈｐが算出される。そして、組立体寸法Ｈｐが予め定められた閾値範囲に入っていれば組立体２０の組み立てが成功であると判定され、組立体寸法Ｈｐが予め定められた閾値範囲に入っていなければ組立体２０の組み立てが失敗であると判定される。
【００７７】
このような本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法では、組立部品４と被組立部品５との組み立て構造によらず、ロボット４０による組立作業の成否判定を行うことが可能となる。
【００７８】
また、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法では、把持ハンド３を用いて組立体２０の検査を行うことができ、力覚センサ２で取得した把持ハンド３の先端部３ｂに作用する力の情報と、把持ハンド３の先端部３ｂの位置情報と、を利用して組立体２０の組立成否の検査を行うことができるため、組立体２０の組立成否の検査を目的とした、距離センサ等の組立体２０の組立成否検査の検査専用の検出機器が不要となり、組立成否検査の費用を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法では、組立体２０の組み立ての直後に、組立体２０を専用の検査領域に移動させることなく、直ぐに組立体２０の検査を行うことが可能となる。これにより、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法によれば、組立体２０の検査に用いる設備の簡素化、費用削減、サイクルタイム短縮の効果が得られる。
【００８０】
上記特許文献１に記載された検査方法では、部品の組み付け作業時における、組付物を把持した状態でのロボット先端の位置を検出している。このため、特許文献１に記載された検査方法では、組付物を把持する位置が正確でない場合、すなわち組付物を把持する時点または部品の組付け時に、組付物を把持する位置が適正な位置からずれる場合、正確な位置が検知できない。
【００８１】
これに対して、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法では、組立部品４を被組立部品５に組付けて組立体２０を組み立てるプロセスとは別のプロセスで、組立部品４を把持せずに組立体２０の組立成否の検査を行うため、上述した問題が発生せず、組立体２０の組立成否の評価を正確に行うことが可能である。
【００８２】
そして、本実施の形態１にかかるロボットコントローラ７によれば、本実施の形態１にかかる組立体の組み立て方法を制御して、組立工程においてロボット４０による組立作業の成否判定を行うことが可能なロボットコントローラが得られる。
【００８３】
実施の形態２．
本実施の形態２では、ブロック治具８を利用して基準位置を取得する場合について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２において図１に示すロボットシステム１００が行う基準位置取得動作を示す模式図である。図１３は、本発明の実施の形態２における基準位置取得動作の動作手順を示すフローチャートである。
【００８４】
ステップＳ４１０において、図１２（ａ）に示すように、ロボット４０によりブロック治具８が部品位置決め部６の基準面６ａ上に位置決め固定されて配置される。ブロック治具８は、高さ寸法が既知であり、把持ハンド３により把持されることによって変形しない剛性を有する材料によって構成されている。ブロック治具８は、たとえば金属材料の中実品より構成される。
【００８５】
つぎに、ステップＳ４２０において、ブロック治具の寸法Ｈｊがロボットコントローラ７に入力され、記憶部７３に記憶される。ブロック治具の寸法Ｈｊは、Ｚ軸方向におけるブロック治具８の高さ寸法である。
【００８６】
つぎに、ステップＳ４３０において、ロボットアーム１が、把持ハンド３の先端部３ｂをブロック治具８の上面８ａに押し付ける押付動作を行う。ロボットアーム１が動くことにより、図１２（ａ）に示すように、予め決められた組付作業開始点に把持ハンド３が移動する。そして、ロボットアーム１が動くことにより、把持ハンド３がブロック治具８の上面８ａへ向かってＺ軸方向において下方に動作し、図１２（ｂ）に示すように把持ハンド３の先端部３ｂがブロック治具８の上面８ａに接触する。
【００８７】
つぎに、ステップＳ４４０において、力取得部７２１は、力覚センサ２から送られてくる力検出値を監視し、力検出値が予め定められた第１の値である力検出値Ｆａに到達したか否かを判定する。力検出値が力検出値Ｆａに到達していない場合は、ステップＳ４４０においてＮｏとなり、ステップＳ４３０に戻り、ロボットアーム１が押付動作を継続する。力検出値が力検出値Ｆａに到達した場合は、ステップＳ４４０においてＹｅｓとなり、ステップＳ４５０に進む。
【００８８】
つぎに、ステップＳ４５０において、ロボットアーム１は、把持ハンド３の先端部３ｂをブロック治具８の上面８ａに押し付ける押付動作を停止する。
【００８９】
つぎに、ステップＳ４６０において、基準位置取得部７２３は、ロボットアーム１が押付動作を停止した時の位置検出値Ｚｊを取得する。位置検出値Ｚｊは、基準位置取得動作において力覚センサ２で検出される力検出値が予め定められた力検出値Ｆａに達してロボットアーム１が押付動作を停止した時の、把持ハンド３の先端部３ｂの位置座標である。具体的には、位置検出値Ｚｊは、把持ハンド３の先端部３ｂのＺ軸方向における位置座標である。また、位置検出値Ｚｊは、後述するように基準位置の算出に用いられる。
【００９０】
つぎに、ステップＳ４７０において、基準位置取得部７２３は、基準位置を下記の式（２）で算出する。下記の式（２）で算出される基準位置は、上述した実施の形態１における位置検出値Ｚａに対応する。
【００９１】
基準位置＝Ｚｊ−Ｈｊ      ・・・（２）
【００９２】
つぎに、ステップＳ４８０において、基準位置取得部７２３は、算出した基準位置を記憶部７３に記憶させる。
【００９３】
つぎに、ステップＳ４９０において、ロボット４０が、ブロック治具８を部品位置決め部６から取り外す。
【００９４】
その後、ロボット４０が、上述した図４（ｃ）から図４（ｆ）に示した部品組立動作および組立体位置取得動作を実行した後、実施の形態１の場合と同様にして組立成否判定が行われる。
【００９５】
本実施の形態２では、組立体寸法Ｈｐを算出する際に、上述した実施の形態１における基準位置Ｚａを、上記の式（２）で算出される基準位置に置き換える。したがって、本実施の形態２における組立体寸法Ｈｐを算出する式は、以下の式（３）となる。
【００９６】
Ｈｐ＝Ｚｂ−（Ｚｊ−Ｈｊ）      ・・・（３）
【００９７】
すなわち、基準位置取得部７２３は、把持ハンド３の先端部３ｂを部品位置決め部６の基準面６ａに位置決め固定された高さ寸法が既知であるブロック治具８に押し付けてブロック治具８からの反力が予め決められた第１の値に到達した時の把持ハンド３の先端部３ｂの先端位置の位置座標である位置検出値Ｚｊを取得するブロック治具位置取得部として機能する。位置検出値Ｚｊは、部品位置決め部６の基準面６ａに位置決め固定されたブロック治具８の位置である、ブロック治具位置である。
【００９８】
また、基準位置取得部７２３は、ブロック治具位置とブロック治具の寸法Ｈｊとから基準位置を算出する基準位置算出部として機能する。
【００９９】
上述したように、本実施の形態２では、把持ハンド３を部品位置決め部６の基準面６ａに直接に接触させることが難しい場合、例えば、ロボット４０の先端の把持ハンド３と部品位置決め部６が干渉する等の場合においても、間接的にブロック治具８を介して基準位置を取得することが可能となり、組立成否検査を正しく行うことができる。
【０１００】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ロボットアーム、２  力覚センサ、３  把持ハンド、３ｂ  先端部、４  組立部品、４ａ，８ａ  上面、５  被組立部品、６  部品位置決め部、６ａ  基準面、７  ロボットコントローラ、８  ブロック治具、２０  組立体、４０  ロボット、４１  ベース部、６０  組付台、７１  動作制御部、７２  検査制御部、７３  記憶部、７４  表示部、１００  ロボットシステム、１０１  プロセッサ、１０２  メモリ、７２１  力取得部、７２２  位置取得部、７２３  基準位置取得部、７２４  組立体位置取得部、７２５  組立体寸法算出部、７２６  組立成否判定部、Ｆａ，Ｆｂ  力検出値、Ｈｊ  ブロック治具の寸法、Ｈｐ  組立体寸法、Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｊ  位置検出値。
【図１】
2020189360.tif 000003
【図２】
2020189360.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020189360.tif 000009
【図８】
2020189360.tif 000010
【図９】
2020189360.tif 000011
【図１０】
2020189360.tif 000012
【図１１】
2020189360.tif 000013
【図１２】
2020189360.tif 000014
【図１３】
2020189360.tif 000015