(57)【要約】【課題】効率的、確実に挿入、嵌合位置を簡単に検出することができ、簡単に自動組立てができる。【解決手段】棒状のワークを対象物の穴に挿入する際、挿入可能な範囲１０は、ワークと穴のクリアランス量、穴に設けられた面取り量等で決まる。この挿入可能な範囲１０を穴中心位置３ｃｐから半径ｒの範囲とする。ワークの中心位置１ｃｐとすると、ワークをＸ軸方向の探索領域（ＸＬ〜ＸＵ）を１回移動する間にＹ軸方向には挿入可能な範囲の量２ｒ以下だけ移動する。破線で示すように、探索領域（ＸＬ〜ＸＵ、ＹＬ〜ＹＵ）を移動すれば、必ず、ワーク中心１ｃｐは、挿入可能範囲１０を通ることになる。ワーク中心１ｃｐが挿入可能範囲１０内に入ると、ワークは対象物方向に押圧されているから、ワークは穴に挿入されることになる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットでワークを対象物に押圧しながらワークを挿入する挿入位置を探索して挿入し組立てる組立て方法において、複数の探索方向毎に往復動作の探索範囲を設定し、前記往復動作の周期の大きさに差を設け、ある探索方向の往復動作によりその方向の探索範囲を１回移動する間に、次に周期の短い探索方向の往復動作ではその方向においてワークを対象物に挿入可能となる範囲の量以下だけ移動するように、ロボットによりワークを対象物に対して相対移動させて挿入位置を探索することを特徴とする組立て方法。
【請求項２】
前記挿入位置を探索する途中で、探索方向の力またはモーメントを受けるとその探索方向への移動を停止して、他の探索方向への移動は継続して挿入位置を探索する請求項１記載の組立て方法。
【請求項３】
所定時間停止しても、挿入位置が検出されなければ、停止した探索方向への移動を再開させる請求項２記載の組立て方法。
【請求項４】
前記挿入位置の探索の終了は、ワークを対象物へ押圧する方向への位置、移動量若しくは押圧力の変化のいずれかで検出して探索を終了する請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の組立て方法。
【請求項５】
ロボットアームの先端に取り付けたエンドエフェクタに保持されたワークを対象物に挿入する作業を行う組立て装置において、
挿入を開始するワークの位置を探索するための、夫々周期と方向の異なる往復運動を同時に合成してなる探索動作を求める手段と、
前記ワークを前記対象物に接触させた状態で挿入方向に所定の力で押し付けながら、前記探索動作に基づいて前記ワークの移動を制御する制御手段と、
前記探索動作の完了を検出する手段とを備えた組立て装置。
【請求項６】
前記複数の往復運動は、回転往復運動も含む請求項５記載の組立て装置。
【請求項７】
ロボット先端にかかる力またはモーメントを検出する手段を備え、検出した力またはモーメントに基づいて、力制御若しくは動力学方程式によりロボット各軸を制御する請求項５又は請求項６記載の組立て装置。
【請求項８】
前記複数の往復運動の各方向に対して夫々力制御を行うことを特徴とする請求項７記載の組立て装置。
【請求項９】
前記複数の往復運動の各方向を指定する手段と、特定探索方向について探索周期を指定する手段と、各探索方向について探索範囲を夫々指定する手段と、前記対象物と前記ワークとの間の挿入可能範囲量以下の量を各探索方向について夫々指定する手段を備えた請求項５乃至８の内いずれか１項に記載の組立て装置。
【請求項１０】
前記探索動作の経路を、指定された前記探索周期、前記探索範囲、前記挿入可能範囲量以下の量に基づいて求めることを特徴とする請求項９記載の組立て装置。
【請求項１１】
探索動作を求める手段は、夫々周期と方向の異なる往復運動の内、ｎ番目に周期の短い方向の往復運動が当該方向の探索領域を移動する間に、ｎ＋１番目に周期の短い方向の往復運動は当該方向の指定された挿入可能となる範囲の量以下の量を移動するように探索経路を求める請求項１０記載の組立て装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記探索動作が、前記探索方向の力又はモーメントが所定の力またはモーメントより大きくなると該探索方向への探索動作を一時停止し、前記挿入方向への押し付けを行いながら他の探索方向の探索動作を継続するよう制御する請求項５乃至１１の内１項記載の組立て装置。
【請求項１３】
前記探索動作が、前記探索動作を一時停止した後に所定の時間内に前記対象物に対する前記ワークの挿入が検出されないと、前記探索動作を再開することを特徴とする請求項１２記載の組立て装置。
【請求項１４】
前記探索動作の完了を検出する手段は、前記ワークの挿入深さが所定の深さに達したことを検出する手段であることを特徴とする請求項５乃至１３の内１項記載の組立て装置。
【請求項１５】
前記探索動作の完了を検出する手段は、前記押し付け力が所定以下の力に変化したことを検出する手段であることを特徴とする請求項５乃至１３の内１項記載の組立て装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の内いずれか１項に記載の組立て方法または組立て装置を用いて挿入位置を探索し、探索した位置を記憶手段に記憶させておき、次に挿入を行う際には記憶している挿入位置から探索を行うことを特徴とする組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械部品の組立て作業、特にワークを対象物の穴に挿入する作業やギヤの位相を合わせながら嵌め合わせを行う作業を、ロボットで行う組立て装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
嵌め合わせる２つの部材等の一方をロボットアーム先端のハンド等で把持し、他方の部材に該一方の部材を挿入する作業において、この嵌め合いのクリアランスが厳しいときには、ロボット先端にコンプライアンス機構を取り付けて、位置・姿勢の誤差を修正しながら、一方の部材を他方の部材に挿入する方法がとられている。又、コンプライアンス機構を使用せず、力制御で一方の部材を他方の部材に挿入する方法も採用されている。これは、挿入中の力・モーメントを検出し、その力・モーメントを減少させる方向へロボットを動作させることにより、この挿入を無理なく実現することを可能にしたものである。
【０００３】
コンプライアンス機構を使用する場合も、力制御を用いる場合も、ロボットで把持する一方の部材を嵌合する他方の部材の嵌合位置に正確に教示しなければならない。例えば、棒状のワークをロボットハンドで把持し、対象物の穴に該ワークを挿入するような組立て作業の場合、挿入しようとする穴の入口の位置にワーク先端が正確に位置つけられるように教示されなければならない。クリアランスを考慮した穴内に、ワークを相対的に位置決めされなければ、ワークを対象物の穴の方向に押圧しても、ワークは穴に挿入することはできない。又、穴に面取りがされているような場合には、挿入可能なワークと穴の位置決め誤差は、面取り分だけ増加し、クリアランスと面取り量によって決まる。
【０００４】
この位置決め許容誤差内に位置決めできなければ、ワークは穴に挿入することはできず、それでも対象物に対してワークを押圧し続けると、ワークや対象物を損傷させる恐れが生じる。
又、ワークと対象物との間で相対的に位置決めしなければならないことから、実際の組立てラインにおいては、ワークや対象物をクランプする機構や、ワークや対象物を搬送し位置決めするコンベア機構等の周辺機器も大がかりなものを必要とし、組立てシステムのコストを向上させる。さらには、これらの機器やロボットに正確な位置を教示しなければならないことから、教示作業者の負担も大きくなるという欠点がある。
【０００５】
この位置決めを自動化する方法としては、挿入する前に穴の位置をビジョンセンサ等で検出し、位置補正をしてワークを穴に対して相対的に位置決めする方法が知られている。又、力やモーメントを検出して穴の位置を探索する方法なども知られている。さらに、ピンを穴に挿入する作業をロボットを使用して行う場合、ピンを前進させ、ピンの進む方向から力を受けた場合には、ピンをランダムに横方向に進ませ、ピンにモーメントが働いたときには、そのモーメントを減少させる方向にピンを回転させ、ピンが反力を受けないときは直進させて、ピンを穴に嵌合する方法も知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３１４２６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動的に嵌合位置を探索する方法として、上述したビジョンセンサを用いる方法では、位置決め精度が悪いという問題があり、又、ビジョンセンサを使用しなければならない分コストアップとなるという欠点がある。又、ピンに反力を受けるとランダムに横方向にピンを動かす従来の方法では探索が成功するか保証はなく探索時間がいたずらに長くなるという欠点を有している。
そこで、本発明の目的は、２つの部材を嵌合、挿入させるための位置合わせが効率的で簡単で、格別なるコストアップともならない組立て装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明の探索動作の作用原理について説明する。ワークを対象物の穴等に挿入する場合、ワークが対象物に接触した後、探索動作を開始する。この探索動作は、ワークの挿入方向以外の方向への往復運動となる。例えば、ワーク挿入方向が、Ｚ軸方向であった場合には、探索動作の方向は、１方向から最大５方向、即ち、Ｘ、Ｙ軸の並進２方向と、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転３方向（Ｗ、Ｐ、Ｒ）まで同時に行う。
【０００９】
例えば、図１に示すような棒状のワーク１を対象物２の穴３に挿入する作業の例を取って説明する。この例において、面取り量ｒの面取り４が行われてているものとし、ワーク１と穴３のあそび量（クリアランス量）がεであるとする。又、ワーク１の穴３への挿入方向がＺ軸方向であるとする。そして、ワーク１を対象物２に押し当て、その時のワーク１と穴３の相対位置ずれ（中心間の位置ずれ量）がΔＬであるとする。なお、１ｃｐはワーク１の中心軸位置、３ｃｐは穴３の中心位置を示す。
【００１０】
この相対位置ずれΔＬが「０」であれば、完全にワーク１は穴３に挿入される。又、ワーク１が穴３の面取り部４の外側円内に位置する場合も、従来の方法によってワーク１を穴３に挿入することが可能になる。このワーク１が穴３の面取り部４の外側円内に入る最大の相対位置ずれΔＬを考えると、面取り部４の外側円の半径は、ワーク半径よりも「面取り量ｒ＋あそび量εの１／２」だけ大きいものであり、半径方向において、この半径差「ｒ＋ε／２」の相対位置ずれがあっても、ワーク１は穴３に挿入可能となる。ワークが対象物の穴に挿入可能となる範囲を挿入可能範囲という。そして、この挿入可能範囲において探索方向の最大量を挿入可能範囲量という。
【００１１】
この例では、挿入可能範囲は、穴３の中心位置を中心にして、半径「ｒ＋ε／２」、直径「２ｒ＋ε」の円内であり、どの探索方向においても挿入可能範囲量はこの円の直径の「２ｒ＋ε」となる。そして、この円内をワーク１の中心が通過するようにワーク１を探索動作で移動させればよい。上述した例の棒状のワーク１と円状の穴３の場合には、挿入可能範囲は、穴３の中心位置を中心とした直径「２ｒ＋ε」の円となり、各探索方向の挿入可能範囲量は、面取り量ｒとあそび量εを対象物から測定することによって得ることができる。
又、ワークと対象物の嵌合形状が上述したような円状の棒と円状の穴との嵌合でない場合にも、挿入可能範囲量は、対象物を測定することによって得ることができ、この挿入可能範囲量に基づいて、探索動作を決める。
【００１２】
まず、往復運動による探索する方向がｍあるとし、その探索する方向の内、速く移動する順番を決める。この１番速く移動する方向を基準方向と以下いう。又、探索する領域を各探索方向毎に設定する。即ち、この領域は、ワークを対象物の挿入位置近傍に位置決めしたとき、このワークと嵌合しようとする穴等の位置ずれを吸収するような大きさの領域とする。例えば１番速く移動する基準方向でこの探索範囲をＲ（１）とし、次に速く移動する方向での探索範囲をＲ（２）とする。以下、順にＲ（３）・・・と設定する。又、各方向毎に上述した挿入可能範囲量を設定する。この各方向の挿入可能範囲量を速度の速い順にＣ（１）、Ｃ（２）、・・・とする。さらに、最も速く往復運動する基準方向の動作周波数をｆ（周期１／ｆ）とする。
【００１３】
基準方向の速度指令値Ｖｄ１は、探索範囲Ｒ（１）を動作周波数ｆ、周期１／ｆで移動するのであるから、「２ｆ・Ｒ（１）」となる。そして、基準方向が探索範囲Ｒ（１）移動する間に、２番目に速い方向に該方向の挿入可能範囲量Ｃ（２）以内だけ移動させれば、探索範囲内の移動によって、必ず、ワークは対象物の嵌合穴への挿入可能な領域、即ち挿入可能範囲を通ることになる。よって、２番目に速い方向への速度指令値Ｖｄ２は「２ｆ・Ｃ（２）」となる。同様に、２番目に速い方向が探索範囲Ｒ（２）だけ移動する間に、３番目に速い方向に該方向の挿入可能範囲量Ｃ（３）以内だけ移動させるようにする。この３番目に速い方向の速度指令値Ｖｄ３は「２ｆ・Ｃ（２）・Ｃ（３）／Ｒ（２）」となる。
【００１４】
以下同様に、（ｍ−１）番目に速い方向が探索範囲Ｒ（ｍ−１）だけ移動する間に、ｍ番目に速い方向は、その方向の挿入可能範囲量Ｃ（ｍ）以内だけ移動させるようにする。その結果、ｍ番目に速い方向の速度指令値Ｖｍは
「２ｆ・Ｃ（２）・Ｃ（３）・・・Ｃ（ｍ）／Ｒ（２）・Ｒ（３）・・・Ｒ（ｍ−１）」
となる。
このように、各探索方向の速度を決めて探索動作をさせれば、必ず、挿入可能な位置が検出され、ワークは対象物の穴等に挿入されることになる。
【００１５】
そこで、請求項１に係わる発明は、ロボットでワークを対象物に押圧しながらワークを挿入する挿入位置を探索して挿入し組立てる組立て方法において、複数の探索方向に往復動作の探索範囲を設定し、前記往復動作の周期の大きさに差を設け、ある探索方向の往復動作によりその方向の探索範囲を１回移動する間に、次に周期の短い探索方向の往復動作ではその方向においてワークを対象物に挿入可能となる範囲の量を移動するように、ロボットによりワークを対象物に対して相対移動させて挿入位置を探索して、ワークを対象物に挿入し組み立てるようにした組立て方法を提供するものである。
又、請求項２に係わる発明は、前記挿入位置を探索する途中で、探索方向の力またはモーメントを受けるとその探索方向への移動を停止して、他の探索方向への移動は継続して挿入位置を探索するものである。更に請求項３に係わる発明は、所定時間停止しても、挿入位置が検出されなければ、停止した探索方向への移動を再開させるものである。そして、請求項４に係わる発明は、前記挿入位置の探索の終了は、ワークを対象物へ押圧する方向への位置、移動量若しくは押圧力の変化のいずれかで検出して探索を終了することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に係わる発明は、ロボットアームの先端に取り付けたエンドエフェクタに保持されたワークを対象物に挿入する作業を行う組立て装置において、挿入を開始するワークの位置を探索するための、夫々周期と方向の異なる往復運動を同時に合成してなる探索動作を求める手段と、前記ワークを前記対象物に接触させた状態で挿入方向に所定の力で押し付けながら、前記探索動作に基づいて前記ワークの移動を制御する制御手段と、前記探索動作の完了を検出する手段とを備えた組立て装置を提供するものである。
【００１７】
請求項６に係わる発明は、この組み立て装置において、前記複数の往復運動に回転往復運動も含むものとしたものである。又、請求項７に係わる発明は、ロボット先端にかかる力またはモーメントを検出する手段を備え、検出した力またはモーメントに基づいて、力制御若しくは動力学方程式によりロボット各軸を制御するようにしたものである。
請求項８に係わる発明は、前記複数の往復運動の各方向に対して夫々力制御を行うようにした。又、請求項９に係わる発明は、これら組立て装置において、前記複数の往復運動の各方向を指定する手段と、特定探索方向について探索周期を指定する手段と、各探索方向について探索範囲を夫々指定する手段と、前記対象物と前記ワークとの間の挿入可能となる範囲の量を各探索方向について夫々指定する手段を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１０に係わる発明は、前記探索動作の経路を、指定された前記探索周期、前記探索範囲、前記挿入可能となる範囲の量に基づいて求めるものとした。請求項１１に係わる発明は、探索動作を求める手段を、夫々周期と方向の異なる往復運動の内、ｎ番目に周期の短い方向の往復運動が当該方向の探索領域を移動する間に、ｎ＋１番目に周期の短い方向の往復運動は当該方向の指定された挿入可能となる範囲の量を移動するように探索経路を求めるようにした。
請求項１２に係わる発明は、前記制御手段により、前記探索動作が、前記探索方向の力又はモーメントが所定の力またはモーメントより大きくなると該探索方向への探索動作を一時停止し、前記挿入方向への押し付けを行いながら他の探索方向の探索動作を継続するよう制御するようにした。更に、請求項１３に係わる発明は、前記探索動作が、前記探索動作を一時停止した後に所定の時間内に前記対象物に対する前記ワークの挿入が検出されないと、前記探索動作を再開するようにした。
そして、請求項１４に係わる発明は、前記探索動作の完了を検出する手段を、前記ワークの挿入深さが所定の深さに達したことを検出する手段とした。
又、請求項１５に係わる発明は、前記探索動作の完了を検出する手段を、前記押し付け力が所定以下の力に変化したことを検出する手段とした。請求項１６は上述した組立て方法または組立て装置を用いて挿入位置を探索し、探索した位置を記憶手段に記憶させておき、次に挿入を行う際には記憶している挿入位置から探索を行うようにすることによって、探索にかかる時間を短縮して組立ての効率を向上させたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の組立て装置が行うワーク１を対象物２の穴３に挿入する作業の説明図である。
対象物２にはＺ軸方向に穴３が穿設され、該穴３に棒状のワーク１をロボットを用いて自動的に挿入する作業である。穴３には、面取り量ｒの面取りがなされ、ワーク１の中心位置１ｃｐと穴３の中心位置３ｃｐ間の相対位置ずれが「ΔＬ」である状態を示している。
【００２０】
この場合探索方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向である。又、面取り量ｒ及びワーク１と穴２のあそび量εを測定し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の挿入可能範囲量Ｃ（Ｘ）、Ｃ（Ｙ）を求める。この例では、あそび量εを「０」とし、挿入可能範囲量はＣ（Ｘ）＝Ｃ（Ｙ）＝２ｒとしている。又、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の探索範囲をＲ（Ｘ）、Ｒ（Ｙ）を設定する。この場合、図２に示すように、Ｒ（Ｘ）＝ｘＬ〜ｘＵ、Ｒ（Ｙ）＝ｙＬ〜ｙＵと設定されたとする。
【００２１】
そして、Ｘ軸方向を１番速く移動させる基準方向とし、その往復周波数ｆ（周期１／ｆ）を設定する。そうすると、Ｘ軸方向の速度指令Ｖｄｘは「２ｆ・Ｒ（Ｘ）」となる。又、Ｘ軸方向にＲ（Ｘ）だけ移動する時間（１／２ｆ）に、Ｙ軸方向には、Ｙ軸方向の挿入可能範囲量Ｃ（Ｙ）＝２ｒよりも小さい距離だけ移動させるようにすれば、探索途中のいずれかにおいて、ワーク１の中心位置１ｃｐは、対象物２の穴３の中心位置３ｃｐを中心とした、面取り量ｒの半径の円である挿入可能範囲１０内に入ることになる。この時のＹ軸方向の速度指令Ｖｄｙは、Ｖｄｙ＝２ｆ・Ｃ（Ｙ）＝２ｆ・２ｒ＝４ｆｒである。
【００２２】
図２は、このときの探索動作の説明図である。図２に破線で示す経路は、ワーク１の中心１ｃｐが通る探索動作の経路である。又、３ｃｐは、穴の中心で、符号は１０は半径ｒの円の挿入可能範囲を示している。Ｘ軸方向に探索範囲Ｒ（ｘ）のｘＬ〜ｘＵまで移動する間に、Ｙ軸方向には、Ｑ≦２ｒだけ移動する。その結果、このＸ軸方向Ｒ（ｘ）＝ｘＬ〜ｘＵ、Ｙ軸方向Ｒ（ｙ）＝ｙＬ〜ｙＵの探索範囲を探索動作する間に必ず、ワーク１中心は、穴３の中心を中心とする半径ｒの円の挿入可能範囲１０に入ることになる。そして、ワーク１は対象物２の方向、即ちＺ軸方向に押し付けられているから、ワーク１中心が穴３の中心位置３ｃｐを中心とする半径ｒの挿入可能範囲である円１０内に入れば、ワーク１は穴３内に挿入されることになる。
【００２３】
図３は、上記例で、Ｙ軸方向の速さを、「４ｆｒ」よりも速くした場合、即ち、Ｘ軸方向に探索範囲Ｒ（ｘ）＝ｘＬ〜ｘＵだけ移動する間に、Ｙ軸方向に２ｒを越える距離移動するようにしたときの例で、この場合、設定探索範囲（Ｘ軸方向Ｒ（ｘ）＝ｘＬ〜ｘＵ、Ｙ軸方向Ｒ（ｙ）＝ｙＬ〜ｙＵ）を探索しても、図３に示すように、ワーク１の中心は穴３の中心を中心とする半径ｒの円内、即ち、挿入可能範囲１０内に入ることができないことになる。
【００２４】
図４は、本実施形態の組立て装置が行う第２の例の説明図で、この例は、オートマチック・トランスミッションに使用されるクラッチを組立てる例で、外側に歯が切ってあるギヤ５を内側に歯の切ってあるリング状のプレート７に歯を合わせながら挿入する作業を自動的に行う作業である。なお、符号６は複数のプレート７を収納する外筒である。この例では、Ｚ軸方向にギヤ５がプレート７に挿入されるように配置されているものとする。プレート７はＸＹ平面で動くと同時にＺ軸回り（以下Ｒ方向という）にも回転できる。
【００２５】
この例の場合、探索方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ方向の３方向であり、各方向毎に探索範囲Ｒ（ｘ）、Ｒ（ｙ）、Ｒ（Ｒ）を決定し設定する。この探索範囲Ｒ（ｘ）、Ｒ（ｙ）、Ｒ（Ｒ）の中にプレート７の中心が存在するようにこの探索範囲は設定する。又、各探索方向の挿入可能範囲量Ｃ（ｘ）、Ｃ（ｙ）、Ｃ（Ｒ）も測定し設定する。この例の場合、Ｘ、Ｙ方向の挿入可能範囲量Ｃ（ｘ）、Ｃ（ｙ）は、面取りがされてないことから、プレート７とギヤ５の夫々Ｘ、Ｙ方向のあそび量となる。又、Ｒ方向の挿入可能範囲量Ｃ（Ｒ）は、ギヤのバックラッシに相当するあそび量である。図５は、このＲ方向の挿入可能範囲量Ｃ（Ｒ）の説明図で、Ｒ方向（Ｚ軸回り方向）のギヤ５とプレート７の歯間のあそび距離εがこの挿入可能量Ｃ（Ｒ）となる。
【００２６】
そして、この例では、１番速い速度で移動させる方向をＲ方向とし、この往復回転運動の周波数をｆとする。次に速い速度の方向はＸ軸方向、その次はＹ軸方向とする。
Ｒ方向の速度指令ＶｄＲ＝２ｆ・Ｒ（Ｒ）
Ｒ方向に探索範囲Ｒ（Ｒ）だけ移動する時間（１／２ｆ）に、Ｘ方向には挿入可能範囲量Ｃ（ｘ）だけ動くようにする。その結果Ｘ方向の速度Ｖ指令ｄｘ＝２ｆ・Ｃ（ｘ）となる。
Ｙ方向は、Ｘ方向に探索範囲Ｒ（ｘ）だけ移動する時間（Ｒ（ｘ）／２ｆ・Ｃ（ｘ））に、挿入可能範囲量Ｃ（ｙ）だけ動くようにする。その結果Ｙ方向の速度指令Ｖｄｙ＝２ｆ・Ｃ（ｘ）・Ｃ（ｙ）／Ｒ（ｘ）となる。
【００２７】
以上のように各方向へ夫々の速度指令を出力し、ロボットを駆動して、ワーク１又はギヤ５を移動させ、ワーク１を穴３に又はギヤ５をプレート７に挿入させるが、この探索途中で、ある方向の力またはモーメントが大きくなった場合、その方向について、挿入嵌合する２つのものの位置又は角度が合致し係合したものと想定されるので、その方向への移動は一時停止し、他の方向への移動のみで探索を持続し、所定時間だけ一時停止してワーク等の穴等への挿入が検出できない場合には、一時停止を解き再度探索を開始する。又、この探索途中でワーク等が穴等に挿入された場合、これを力または、移動量、移動位置等で検出し、この探索動作を終了する。
【００２８】
図６は、本発明の組立て装置一実施形態を形成するロボット制御装置の要部ブロック図であり、従来のロボット制御装置と同一構成である。符号１７で示されるバスに、メインプロセッサ１１、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）からなるメモリ１２、教示操作盤用インターフェイス１３，外部装置用のインターフェイス１６及びサーボ制御部１５が接続されている。又、教示操作盤用インターフェイス１３には教示操作盤１４が接続されている。この教示操作盤１４より、各種設定値、パラメータを設定する。本実施形態では、基準方向（基準軸）、各探索方向（探索軸）、各挿入可能範囲量、押し付け方向、押し付け力、押し付け速度、探索周波数又は探索周期等を設定入力する。
【００２９】
ロボット及びロボット制御装置の基本機能を支えるシステムプログラムは、メモリ１２のＲＯＭに格納されている。又、本発明の探索動作のプログラム並びに関連設定データは、教示操作盤１４等から設定されメモリ１２の不揮発性メモリに格納される。メモリ１２のＲＡＭは、プロセッサ１１が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域として使用される。
【００３０】
サーボ制御部５は、サーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎ：ロボットの総軸数、さらには必要に応じてロボット手首に取り付けるツールの可動軸数を加算した数）を備えており、各サーボ制御器＃１〜＃ｎは、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、各軸を駆動するサーボモータの位置・速度のループ制御、さらには電流ループ制御を行っている。いわゆる、ソフトウエアで位置、速度、電流のループ制御を行うデジタルサーボ制御器を構成している。サーボ制御器＃１〜＃ｎの出力は各サーボアンプＡ１〜Ａｎを介して各軸サーボモータＭ１〜Ｍｎを駆動制御する。なお、図示はしていないが、各サーボモータＭ１〜Ｍｎには位置・速度検出器が取り付けられており、該位置・速度検出器で検出した各サーボモータの位置、速度は各サーボ制御器＃１〜＃ｎにフィードバックされるようになっている。又、入出力インターフェイス１６には、ロボットに設けられた６軸センサや周辺機器のアクチュエータやセンサが接続されている。
上述したロボット制御装置の構成は、従来のロボット制御装置の構成と何等変わりはない。本発明は、このようなロボットとロボット制御装置で組立て装置を構成している。
【００３１】
図７は、本実施形態における探索動作処理のフローチャートである。この実施形態では、図４に示したギヤ５をプレート７に挿入する作業を行うときの処理を示している。
まず、教示プログラム等によって、ギヤ５を把持したロボットを駆動しプレート７の穴にこのギヤ５を挿入開始する予め教示された位置に移動させる。そして、図７に示す探索処理、及び嵌合処理を開始させる。
【００３２】
従来と同じ方法の力制御により、予め設定されている押圧方向（この場合Ｚ軸方向）にギヤ５を移動させる（ステップ１０１）。即ち、各軸を方向の力指令値Ｆ（ｉ）（なおｉは、Ｘ、Ｙ、Ｚ、及びＸ、Ｙ、Ｚ各軸回りのＷ、Ｐ、Ｒ軸を示す）、速度指令値Ｖｄ（ｉ）に基づいて、力制御して移動させるが、この場合、Ｚ軸方向の力指令値Ｆｄ（ｚ）のみ設定されており、他の軸の力指令値は「０」である。又同様に、Ｚ軸方向の速度指令値Ｖｄ（ｚ）のみ設定値が設定されており、他の軸の速度指令値は「０」である。
【００３３】
そして、ロボット手首先端に設けられた６軸センサにより手首にかかる力・トルクＦ（ｉ）を検出する（ステップ１０２）。
次に挿入方向の検出力・トルクＦ（ｉ）が設定値Ｆ０を越えるまで、この押し付け動作を実行する（ステップ１０３）。この例では、Ｚ軸方向が挿入方向であるから、Ｚ軸方向の検出力・トルクＦ（ｚ）が設定値Ｆ０を越えたことが判断されるまで、Ｚ軸方向への移動を続ける。
【００３４】
設定値Ｆ０を越えたこと、即ち、ワーク（ギヤ５）を対象物（プレート７）に所定押圧力で押圧した状態が検出されると、予め設定されている基準方向の軸である探索基準軸（図４で示す例ではＺ軸回りのＲ軸）、探索軸（Ｘ、Ｙ軸）、探索周波数ｆ、探索範囲Ｒ（ｘ）、Ｒ（ｙ）、Ｒ（Ｒ）、挿入可能範囲量Ｃ（ｘ）、Ｃ（ｙ）、Ｃ（Ｒ）に基づいて、各軸方向の速度指令Ｖｄ（ｉ）を求める（ステップ１０４）。
【００３５】
前述したように、
Ｖｄ（Ｒ）＝２ｆ・Ｒ（Ｒ）
Ｖｄ（ｘ）＝２ｆ・Ｃ（ｘ）
Ｖｄ（ｙ）＝２ｆ・Ｃ（ｘ）・Ｃ（ｙ）／Ｒ（ｘ）
である。なお、これら各軸方向の速度指令Ｖｄ（ｉ）は最初は＋方向を指令しておく。
次に、ロボットのツール先端点（ＴＣＰ）の現在位置Ｐ（ｉ）、速度Ｖ（ｉ）を求める（ステップ１０５）。
【００３６】
求めた現在位置の内、探索方向のＸ、Ｙ、Ｒ軸方向の現在位置Ｐ（ｘ）、Ｐ（ｙ）、Ｐ（Ｒ）が夫々探索範囲Ｒ（ｘ）＝ｘＬ〜ｘＵ、Ｒ（ｙ）＝ｙＬ〜ｙＵ、Ｒ（Ｒ）＝ＲＬ〜ＲＵ内か否か判断する。即ち、Ｘ軸方向の現在位置Ｐ（ｘ）が、探索範囲の上限値ｘＵを越え大きくなっていないか、又は下限値ｘＬを越え小さくなっていないかを判断する。他のＹ軸、Ｒ軸についても同様であり、それぞれの探査範囲から出ているときには、夫々の速度指令Ｖｄ（ｉ）の符号を反転する（ステップ１０６〜１１１）。
【００３７】
次に力センサにより各軸方向の力・トルクＦ（ｉ）（ｉ＝Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ、Ｐ、Ｒ軸で、これら軸方向の力・トルク）を検出する（ステップ１１２）。そして、各探索方向の移動一時停止時間を計時するタイマＴｘ、Ｔｙ、ＴＲが「０」か判断し（ステップ１１３，１１６，１１９）、ゼロであれば、ステップ１１２で検出したＸ、Ｙ、Ｒ方向の力・トルクＦ（ｘ）、Ｆ（ｙ）、Ｆ（Ｒ）が夫々設定基準値Ｆ０を越えたか判断する（ステップ１１４，１１７，１２０）。
【００３８】
設定基準値Ｆ０を越えている、力・トルクＦ（ｘ）、Ｆ（ｙ）、Ｆ（Ｒ）があれば、その方向において、ギヤ５（ワーク１）とプレート７（対象物２の穴３）との位置ずれがその方向の挿入可能範囲内にあると想定できるので、その方向への移動指令を停止させ、タイマＴｘ、Ｔｙ、ＴＲに停止時間Ｔｓをセットしスタートされる（ステップ１１５、１１８、１２１）。
【００３９】
次に、公知の力制御方式により力制御を行いロボットＴＣＰの直交座標系における制御周期毎の移動指令ΔＰ（ｉ）を求める（ステップ１２２）。例えば、この力制御を公知のインピーダンス制御で行う場合には、ステップ１０４で求めた速度指令値Ｖｄ（ｉ）、ステップ１０５で求めた実速度Ｖ（ｉ）、予め設定されている力指令値Ｆｄ（ｉ）、ステップ１１２で求めた力・トルクＦ（ｉ）より、ロボットＴＣＰの直交座標系における制御周期毎の移動指令ΔＰ（ｉ）を求める。この場合、ステップ１０７、１０９，１１１で、符号が反転された軸は、その軸の速度指令値Ｖｄ（ｉ）は、その符号を反転させ、又、ステップ１１５，１１８，１２１で、移動指令の停止が出力されタイマが「０」となっていない軸については、移動指令ΔＰ（ｉ）は出力しない。
【００４０】
この求めた直交座標系上の制御周期毎の移動指令ΔＰ（ｉ）からロボット各関節軸の制御周期毎の移動指令ΔＱ（ｎ）（各関節軸の回転角）を求める（ステップ１２３）。この各軸移動指令を各関節軸のサーボ制御器＃１〜＃ｎに出力し、各軸の速度制御を行い、ロボットを駆動制御する（ステップ１２４）。挿入方向であるＺ軸方向には力指令値Ｆｄ（ｚ）が所定値に設定されていることから、この挿入方向のＺ軸方向の移動量ΔＰ（ｚ）が設定値ＰＤ以上か判断し、設定値ＰＤ以上でないときには、ステップ１０５に戻り前述した処理を繰り返し実行する。なおＺ軸方向の移動量ΔＰ（ｚ）によって挿入完了を検出するのではなく、Ｚ軸方向の位置が所定値を越えたとき、挿入完了として検出してもよい。又、検出力・トルクＦ（ｚ）が設定値Ｆｓ以下になったとき、挿入完了としてもよい。
【００４１】
以下、ステップ１０５〜ステップ１２５の処理を繰り返し実行し、各探索方向毎にその探索領域を越えると符号を反転させ（ステップ１０６〜１１１）、かつ、検出力・トルクが設定値Ｆ０を越える探索方向が検出されると、その方向をタイマで設定された所定時間Ｔｓだけその方向の移動指令を停止させ、所定時間経過しタイマが「０」になっても探索が終了しなければ、一時停止のとき、再度当初の探索動作を継続して行う（ステップ１１３〜１２１）。
【００４２】
そして、この探索動作を続ける内に、ギヤ５（ワーク１）は挿入可能範囲１０に入り、かつ、ギヤ５（ワーク１）は常に挿入方向へ押圧されているから、プレート７（対象物２の穴３）内に挿入され、挿入方向のＺ軸の移動量が増大する。その移動量ΔＰ（ｚ）が設定値ＰＤを越えると、ギヤ５（ワーク１）とプレート７（対象物２の穴３）に挿入されたとして、この探索、挿入組立て処理は終了する。
【００４３】
上述した実施形態は、速度指令をベースにしてワークを対象物の穴等に挿入制御する例を示したが、トルク指令をベースにして、この挿入制御を実施してもよい。このトルク指令をベースにして行う処理を図８に示す。
この図８に示す処理と図７で示した処理の相違点はステップ２２２〜ステップ２２４の処理のみである。即ち、図８において、ステップ２０１〜ステップ２２１までの処理は、図７に示す処理のステップ１０１〜ステップ１２１までの処理と全く同一である。よって、ステップ２０１〜ステップ２２１までの処理の説明は省略する。
【００４４】
ステップ２２２では、ニュートン・オイラー法やラグランジュ法等の周知の動力学運動方程式に基づいて、各軸速度指令Ｖｄ（ｉ）、実速度Ｖ（ｉ）、検出力・トルクＦ（ｉ）よりロボット各関節軸トルク指令τ（ｎ）を求める。求めた各関節軸トルク指令τ（ｎ）に基づいて、各サーボ制御器＃１〜＃ｎでトルクループ制御を行って各軸サーボモータＭ１〜Ｍ６を駆動制御する（ステップ２２３）。
そして、挿入方向（Ｚ軸方向）の検出力・トルクＦ（ｚ）が設定値Ｆｓより小さくなったか判断し（ステップ２４４）、小さくなってなければステップ２０５に戻り以下ステップ２０５〜ステップ２４４の処理を繰り返し実行する。
【００４５】
ギヤ５（ワーク１）はプレート７（対象物２の穴３）に押し付けられて入るから挿入孔に嵌合しない限り、検出力・トルクＦ（ｚ）は減少することはない。しかし、ギヤ５（ワーク１）がプレート７（対象物２の穴３）に挿入されると、反力がロボットに加わらなくなるため、検出力・トルクＦ（ｚ）は減少し設定値Ｆｓ以下となり、挿入を検出することができる。この挿入検知でこの探索、挿入組立て処理は終了する。又、Ｚ軸方向の移動量ΔＰ（ｚ）が設定値ＰＤ以上となったとき挿入されたと判別してもよい。
【００４６】
以上のようにして、ロボットで把持したワークを対象物に対して挿入する位置を探索し、挿入することができる。この探索する範囲は、位置合わせ時の誤差より大きくなければ探索は成功しない。また探索範囲を大きくすると当然探索時間は長くなり、組み立てに要する時間が長くなる。
一方、位置合わせの精度をよくすれば、探索時間は短くなくなり、短時間で挿入位置を検出できる。しかし、教示作業員の負担は増大し教示時間が長くなる。位置教示作業の効率、簡単さの点では、精度が悪いまま済ませる方が便利である。
【００４７】
そこで、ある程度位置決めされた対象物に対してワークをロボットで自動的に挿入する作業を連続的に行うような場合、まず、最初は、作業者にとって簡単に実現できる精度で挿入開始位置を求め、探索範囲をこの位置における位置決め誤差よりも十分大きく取った範囲として設定し、探索動作をさせ、探索結果、挿入位置が検出されたときの位置を記憶しておき、次回からはこの記憶した位置から探索を開始するようにすることによって探索時間を短くすることができる。
【００４８】
ロボットと対象物の位置決め装置を含めた位置決めシステムの精度が面取り量ｒよりも小さい場合には、探索範囲は「０」となり探索動作を省略することができる。また、位置決めシステムの精度が面取り量ｒよりも大きい場合には、位置決めシステムの精度＋αの値を探索範囲として探索動作を行わせるようにする。
【００４９】
図９は、上述した対象物が所定位置に順次供給され、ロボットによりワークを挿入する組立て方法のフローチャートである。図１に示すような、対象物２の穴３にワーク１を挿入する作業を行うシステムの例でこのシステムの位置決め精度が面取り量ｒ未満であるような場合の例である。
【００５０】
作業者は、挿入開始位置が検索済みか判断し（ステップ３０１）、検索されていなければ、大雑把に挿入開始位置に位置合わせを行う（ステップ３０２）。そして、図７または図８に示した探索処理をロボットに実行させ（ステップ３０３）、挿入位置が検出されると、この検出位置をメモリ１２に記憶する（ステップ３０４）。そして、ワーク１を対象物２の孔３に挿入し（ステップ３０５）、挿入組立て作業は終了する。一方、次からの対象物２に対するワーク１の挿入作業は、挿入位置を検索して記憶していることから、この記憶した検索位置にロボットを移動させ（ステップ３０６）、該位置から検索を実行する（ステップ３０７）。この検索の開始位置は、先の対象物とワークによって求めた挿入位置としての検索位置であるから、ほぼ挿入位置近傍であり、対象物を位置決めする装置の位置決め誤差やロボットハンド等でワークを把持する際の把持位置の誤差等荷よって生じる誤差範囲内である。そのため、このステップ３０７での検索では短時間で挿入位置を検出することができる。そして、挿入位置が検索されるとステップ３０５に移行し対象物２の孔３にワーク１を挿入して組立て作業を終了する。以下、ステップ３０１，３０６，３０７，３０５の処理を繰り返し実行することになる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、確実にかつ簡単に挿入、嵌合位置を検出し、挿入、嵌合動作を自動的に行うことができる。又、従来技術と比較して特別な装置を必要とせず、コストアップともならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が行う動作作業の内の一例を示す図である。
【図２】同例における本発明の及び本発明の一実施形態が行うの探索動作の説明図である。
【図３】同例における探索動作が失敗するケースの説明図である。
【図４】本発明が行う動作作業の内の他の一例を示す図である。
【図５】他の一例におけるＲ方向の挿入可能範囲量の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の組立て装置を形成するロボットのロボット制御装置の要部ブロック図である。
【図７】同実施形態における速度指令をベースとしたときの探索、挿入組立て処理のフローチャートである。
【図８】同実施形態におけるトルク指令をベースとしたときの探索、挿入組立て処理のフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の組立て方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１  ワーク
２  対象物
３  穴
４  面取り部
５  ギヤ
６  外筒
７  プレート
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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