(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交しており、上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が自在な上記組立プレートはその上に配されるワークとの接触状態を組立制御のために検出する力センサーを備え、駆動手段と各可動フレームとは弾性体からなる伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせていることを特徴とする組立テーブル。
【請求項２】
組立プレートはワークの位置決め用のピンを備えるとともに対象ワーク毎に用意された該組立プレートが第２可動フレームに対して着脱自在となっていることを特徴とする請求項１記載の組立テーブル。
【請求項３】
４自由度のＮＣ姿勢制御が可能で且つ上記力センサー出力に応じた制御が可能なロボットとの組み合わせで６自由度を確保していることを特徴とする請求項１記載の組立テーブル。
【請求項４】
第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交して上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が可能な組立テーブルに、４自由度のＮＣ姿勢制御が可能なロボットとを組み合わせて６自由度を確保するとともに、駆動手段と各可動フレームとは弾性体から伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせ、上記組立プレートに設けた力センサーの出力に基づいて６自由度姿勢制御における逐次位置変更を行うことを特徴とする組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組立ロボットなどにおいてワークが置かれる台となる組立テーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
組立ロボットにおいては、マニピュレータと称されている組立ハンドで把持したワークを、組立テーブル上に置かれた他のワークに組み付ける作業がよくなされるが、組立テーブルにおけるワークが表面に置かれる組立プレートに２自由度（通常、ピッチ及びロールの動き）を与えることができれば、組立についての便がよくなるために、ピッチ及びロール回転を組立プレートに与えることができる組立テーブルが特開平３−１９６９８０公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に示された組立テーブルでは、組立プレートの回転中心とピッチ及びロールの回転中心とが異なっているために、座標変換が複雑で誤差も生じやすいものとなっている。また、力センサーが組立ハンド側にあって、力計測部の回転中心も組立プレートから離れているために、力センサーの出力で的確な状態判断を行うことが難しい。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは組立プレート上のワークの座標変換が簡単である組立テーブルを提供することと、該組立テーブルを用いてワーク同士の組み付けを容易に行うことができる組立方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る組立テーブルは、第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交しており、上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が自在な上記組立プレートはその上に配されるワークとの接触状態を組立制御のために検出する力センサーを備え、駆動手段と各可動フレームとは弾性体から伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせていることに特徴を有している。組立プレート表面の上記２つの軸が交差している１点は、両軸を中心とする回転時にもその位置が動かないものであり、また組立プレートに設けた力センサーによる組立プレートとワークとの接触状態の検出で組立制御がなされるようにしたものであり、また組立プレート側にパッシブコンプライアンスを持たせたものである。
【０００６】
上記組立プレートは、ワークの位置決め用のピンを備えるとともに対象ワーク毎に用意された該組立プレートが第２可動フレームに対して着脱自在となっていることが好ましい。
【０００７】
また、４自由度のＮＣ姿勢制御が可能で且つ上記力センサー出力に応じた制御が可能なロボットとの組み合わせで６自由度を確保しているものが望ましい。
【０００８】
そして本発明にかかる組立方法は、  第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交して上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が可能な組立テーブルに、４自由度のＮＣ姿勢制御が可能なロボットとを組み合わせて６自由度を確保するとともに、駆動手段と各可動フレームとは弾性体から伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせ、上記組立プレートに設けた力センサーの出力に基づいて６自由度姿勢制御における逐次位置変更を行うことに特徴を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図４は組立ハンド１を備えたＮＣ制御の４自由度型組立ロボット（スカラロボット）Ｒを示しており、該ロボットＲに設けられた組立ハンド１は、２自由度を有している組立テーブル２と協同して、６自由度の組立作業をこなすものとなっている。
【００１０】
組立テーブル２はワークが表面に置かれる組立プレート３を備えるとともに、該組立プレート３に対してピッチ及びロールの回転を与えることができるようにされたもので、Ｕ字形の固定フレーム２０と、この固定フレーム２０の両側板上部を夫々貫通する軸２ｘによって揺動自在に吊り下げられた第１可動フレーム２１と、この第１可動フレーム２１に対して軸２ｙによって揺動自在に吊り下げられた第２可動フレーム２２とを備えており、上記組立プレート３は第２可動フレーム２２に着脱自在に取り付けられたものとなっている。
【００１１】
ここにおいて、上記の軸２ｘ，２ｙは直交する関係に設けられている上に、これら軸２ｘ，２ｙの延長線が組立プレート３の表面を通って組立プレート３の表面上で直交するように、軸２ｘ，２ｙの位置及び組立プレート３の第２可動フレーム２２への取り付け位置を定めてある。
【００１２】
このために、軸２ｘを中心に第１可動フレーム２１が揺動する時、第２可動フレーム２２と組立プレート３とは第１可動フレーム２１とともにピッチ（もしくはロール）の動きを行い、軸２ｙを中心に第２可動フレーム２２が揺動する時、組立プレート３は第２可動フレーム２２とともにロール（もしくはピッチ）の動きを行うのであるが、ピッチ及びロールのいずれの動きがあっても、上記軸２ｘ，２ｙの延長線が交差している組立プレート３の表面の中央１点の位置はまったく変化しない。
【００１３】
従って、組立プレート３上に置かれるワークにしても、上記１点が基準点となるように組立プレート３上に位置決め配置することにより、組立ロボットＲ側の組立ハンド１との協同によるワーク組立にあたり、組立プレート３上のワークに対して複雑な座標変換が必要となることがなく、また座標変換に伴う誤差の発生もないために、信頼性の高い組立を行うことができるものとなっている。
【００１４】
上記特性を活かすために、組立プレート３へのワークの取り付けは、図３に示すように、組立プレート３にピン３０を設けておいて、該ピン３０によってワーク９０の位置決め及びワーク９０の保持を行っている。特に、各種ワークへの対応を容易とするために、ワーク毎（ワークの大きさ毎）に専用の組立プレート３を設けて、組立プレート３の交換だけで対応できるようにしている。上記ピン３０としては、ＪＩＳ平行ピンを組立プレート３に圧入したようなものを好適に用いることができる。
【００１５】
また、組立プレート３はその裏面側に力センサー４が取り付けられたものとなっている。この力センサー４は、上記組立にあたり、組立プレート３上のワークと、組立ハンド１側のワークとの接触状態を検出するためのものとして機能する。
【００１６】
ところで、第１可動フレーム２１の駆動は固定フレーム２０に設けたモータ２５で行い、第２稼動フレーム２２の駆動は第１可動フレーム２１に設けたモータ２６で行っているのであるが、これらモータ２５，２６と可動フレーム２１，２２とは直結とせずに、弾性体からなる伝達部材（図示例ではベルト）２７，２７を介在させるものとしている。これは上記組立に際して、組立プレート３側のワークにそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせて、組立性を向上させるためである。
【００１７】
図５は上記ピッチ及びロール制御が可能な組立テーブル２と、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向移動及びロール角の４自由度の姿勢制御が可能な上記ロボットＲとを組み合わせることでワーク組立時の６自由度を確保したシステムのブロック図であり、該システムにおいては、力センサー（好ましくは６軸力センサー）４の計測データに基づいて接触状態の把握を行いつつ、ロボットＲ及び組立テーブル２の姿勢制御を行う。すなわち、図６にも示すように、組立プレート３上のワーク９０と、組立ハンド１側のワーク９１との接触状態を力センサー４を通じて検出して現状位置認識を行い、この認識結果に基づいてロボットＲの姿勢制御及び組立プレート３の姿勢変更を行うのである。組立時の傾き外乱に対して高い信頼性を確保することができると同時に姿勢の効率のよい変更が可能である。図５中の３５は汎用サーボコントローラ、３６はサーボドライバーであり、上記モータ２５，２６はこれらによって制御される。
【００１８】
組立性の向上という点においては、組立プレート３上のワーク９０にロボットＲ側の組立ハンド１で把持したワーク９１を上方側から嵌めこむ動作を行う場合、組立ハンド１の図中矢印で示す水平方向剛性が０となるように、水平方向駆動用のモータをフリーとすることが好ましい。ワーク９０，９１同士に少々のひっかかりがあっても水平方向のパッシブコンプライアンスで吸収して、組立（嵌めこみ）を行うことができる。
【００１９】
また、組立プレート３上のワーク９０にロボットＲ側の組立ハンド１で把持したワーク９１を上方側から嵌めこむ動作を行う場合、図８に示すように、組立プレート３を意図的に傾けることも有効である。ワーク９０，９１同士が接触した際の力センサー４から得ることができるモーメントデータ（Ｍｙ＿ｏｒｇ）に基づき、現在の接触位置（ｘｎｏｗ，ｙｎｏｗ）を計算して、ワーク９１の誘導方向を推定することができる。つまり、ワーク９１の最終目的地が（ｘｎｏｗ＋Δｘ，ｙｎｏｗ＋Δｙ）である時、Δｘ＝ｘｎｏｗ・Ｍｙ＿ｏｒｇ、Δｙ＝ｙｎｏｗ・Ｍｙ＿ｏｒｇで計算することができる。
【００２０】
図９に示すように、ワーク９１を意図的に水平移動させることで少なくとも２点で水平方向においてワーク９０，９１同士を接触させ、各接触位置（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）から目的地座標（（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２）を同定するようにしてもよい。
【００２１】
図１０及び図１１はワーク９０上のピン９２が差し込まれる孔９３を備えたワーク９１をワーク９０に組み付ける場合を示しており、この場合、ワーク９１をワーク９１側に押しつける力（発生力Ｎ）を一定とした状態でピン９２に対する孔９３の探索を行い、発生力Ｎが急に小さくなった時点を孔９３の発見として、この時点でワーク９０，９１の許容限界近くの挿入力でワーク９１を押しこむ動作を示している。挿入の成功率が向上する。なお、この場合のワーク９０，９１の組み付け成功の最終判定は、組み付け終了時の６軸力データが予め設定された閾値ｆ０以下かどうかで判断するとよい。
【００２２】
上記閾値ｆ０は予め設定しておくことになるが、力データ計測ソフトウェアのスタート毎に無負荷時の力オフセットデータｆａを計測して、該オフセットデータｆａからの相対増分ｆｂで自動決定（ｆ０＝ｆａ＋ｆｂ）するようにしておくことが好ましい。ノイズ等によるデータのばらつきを回避することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る組立テーブルは、第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交しているから、組立プレート表面の上記２つの軸が交差している１点は、両軸を中心とする回転時にもその位置が動かないものであり、このために組立プレートを回転させた時にも組立プレート上のワークについての座標変換が複雑となることがなく、座標変換に伴う誤差も少なくてすむものであり、このために組立制御を容易とすることができる。
【００２４】
しかも上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が自在な上記組立プレートはその上に配されるワークとの接触状態を組立制御のために検出する力センサーを備えているために、組立プレートが上記２軸回りの揺動の自由度を有しているにもかかわらず、組立プレート上のワークと該ワークに組み付ける他のワークとの接触状態を的確に判別することができる。加えるに、駆動手段と各可動フレームとは弾性体からなる伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせているために、組立テーブルの上記ピッチ及びロールの両方の姿勢制御の精度を高くとらなくてもパッシブコンプライアンス効果による組立性の向上を図ることができる。
【００２５】
また、ワークの位置決め用のピンを組立プレートが備えるとともに対象ワーク毎に用意された該組立プレートが第２可動フレームに対して着脱自在となっていると、品種切り換えを低コストで行うことができる。
【００２６】
また、４自由度のＮＣ姿勢制御が可能なロボットとの組み合わせで６自由度を確保することで、各種の組立作業を低コストで行わせることができる。
【００２７】
そして本発明にかかる組立方法は、第１の軸を中心に揺動する第１可動フレームと、第１可動フレームに対して第２の軸を中心に揺動する第２可動フレームと、第２可動フレームに設けられた組立プレートと、第１可動フレーム及び第２可動フレームを各軸回りに駆動する駆動手段とからなるとともに、上記第１の軸と第２の軸とは組立プレートの表面を通り且つ組立プレートの表面上で直交して上記第１の軸を中心とする揺動及び上記第２の軸を中心とする揺動であるピッチ及びロールの姿勢制御が可能な組立テーブルに、４自由度のＮＣ姿勢制御が可能なロボットとを組み合わせて６自由度を確保するとともに、駆動手段と各可動フレームとは弾性体から伝達機構を介して連結して組立プレート側にそのピッチ及びロールの動きについてパッシブコンプライアンスを持たせ、上記組立プレートに設けた力センサーの出力に基づいて６自由度姿勢制御における逐次位置変更を行うために、姿勢の効率のよい変更が可能であり、上記パッシブコンプライアンスのこともあって組立時の傾き外乱に対して高信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の斜視図である。
【図２】同上の概略側面である。
【図３】(a)(b)は同上の異なる組立プレートの側面図である。
【図４】組立ロボットとの対の状態を示す斜視図である。
【図５】同上の制御ブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】(a)(b)は同上の組立動作の一例の動作説明図である。
【図８】(a)(b)は同上の組立動作の他例の動作説明図である。
【図９】(a)(b)(c)は同上の組立動作のさらに他例の動作説明図である。
【図１０】(a)(b)(c)は同上の組立動作の別の例の動作説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の閾値の説明図である。
【符号の説明】
２  組立テーブル
３  組立プレート
２１  第１可動フレーム
２２  第２可動フレーム
【図１】
0003996702.tif 000002
【図２】
0003996702.tif 000003
【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】
0003996702.tif 000008
【図８】
0003996702.tif 000009
【図９】
0003996702.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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