JP2003127081A - 組立ロボット及び当該組立ロボットによる部品組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボットアーム先端のハンドと嵌合部品間の滑
りが発生しても、確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引
抜き動作を行える組立ロボットとその組立方法を工夫す
ること。 【解決手段】ロボットアームの先端に設けたハンドで嵌
合部品を把持し、被嵌合部品に該嵌合部品を挿入する作
業あるいは嵌合部品を被嵌合部品の穴から引抜く作業を
行う組立ロボットによる部品組立方法について、ハンド
と嵌合部品との接触部分に滑りが発生した際に把持位置
を修正することで、ハンドと嵌合部品の滑りが発生して
も確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を行え
るようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この出願の発明は、製品の組立お
よび分解に使用するロボット、及び嵌合部品の被嵌合部
品の穴への挿入と引抜きを行う組立ロボットを用いた組
立方法に関するものであり、組み付ける部品からの反力
を受けながら組立や分解作業を行うロボットおよび組立
分解方法に応用することができ、無理無く、かつ確実に
部品組付動作を予定どおりに完了することができるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、嵌合部品を被嵌合部品の穴へ挿入
する作業、また引抜く作業を自動化する場合、ロボット
アーム先端部に設けたハンドにより所定の把持力で嵌合
部品を把持し、アームとハンドの接続部分あるいはハン
ドの指部分に弾性機構もしくは仮想弾性機構によるコン
プライアンス特性を備えさせ、挿入あるいは引抜き作業
時の作業反力により嵌合部品と被嵌合部品の軸の位置と
方向を合わせて嵌合させる方法や、上記の構成に加え
て、アームとハンドの接続部分に直行する３軸方法の並
進力と軸周りのモーメントを検出できる６軸センサを設
けて作業反力を検出し、想定される挿入あるいは引抜き
方向以外の並進力やモーメントが発生しないようにアー
ムを制御することで嵌合部品と被嵌合部品の穴の位置と
方向を合わせて嵌合作業を行わせる方法が採用されてい
る。しかし、嵌合部品や被嵌合部品の加工寸法精度のば
らつきや微妙な嵌合状態の変化により、挿入あるいは引
抜きに必要な力は大きく変化する。このため、上記の方
法で嵌合部品と被嵌合部品の穴の位置と方向をある程度
正確に合わせても、組立作業を行う際、ハンドと嵌合部
品との間で滑りが生じたり、つまりが発生して、嵌合作
業が予定通りには完了しない場合があるという問題があ
る。なお、上記の「つまり」は嵌合部品が被嵌合部品の
穴に突っ掛かってしまって、押し込み不能になった状態
を意味する。

【０００３】後者の問題を解決するために、特開平１１
−１２３６８３号公報に記載されたものにおいては、嵌
合部品を被嵌合部品の穴に挿入する際に、つまりが生じ
たときに嵌合部品を一旦引抜き、その後、再度挿入作業
を行う方式を採用している。上記公開公報に記載された
従来技術においては、アプローチ開始位置から速度およ
び力を制御しながら設定アプローチ方向に嵌合部品を移
動させ、嵌合部品と被嵌合部品が接触しその反力が設定
値を越えると、設定された目標速度、目標力で嵌合挿入
方向に嵌合部品を速度および力で移動させて嵌合させ
る。嵌合が完了する前につまりが生じると、設定された
引抜き目標力によって嵌合部品を被嵌合部品から引抜
く。設定時間内に嵌合作業が完了しないか、力誤差が所
定の範囲内を超えた場合に「つまり有り」と判断してい
る。しかしながら、ハンドと嵌合部品の間に滑りが生じ
ている場合、アームが所定の動作を完了しても所望の挿
入量や引抜き量に達せず嵌合作業が不完全になってしま
う。

【０００４】

【解決しようとする課題】そこで、本発明は、ハンドと
嵌合部品間の滑りが発生しても、確実に嵌合部品の挿入
動作あるいは引抜き動作を行える組立ロボットとその組
立方法を工夫することをその課題とするものである。

【０００５】

【課題解決のために講じた手段】

【解決手段１】解決手段１は、ロボットアームの先端に
設けたハンドで嵌合部品を把持し、被嵌合部品に該嵌合
部品を挿入する作業あるいは嵌合部品を被嵌合部品の穴
から引抜く作業を行う組立ロボットによる部品組立方法
について、ハンドと嵌合部品との接触部分に滑りが発生
した際に把持位置を修正することで、ハンドと嵌合部品
の滑りが発生しても確実に嵌合部品の挿入動作あるいは
引抜き動作を行えるようにしたことである。

【０００６】

【解決手段２】解決手段２は、ロボットアームの先端に
設けたハンドで嵌合部品を把持し、被嵌合部品に上記嵌
合部品を挿入する作業、あるいは上記嵌合部品を被嵌合
部品の穴から引抜く作業を行う組立ロボットによる部品
組立方法について、上記ハンドと嵌合部品の接触部分の
滑り量が設定値より大きくなった際に把持位置を修正す
ることで、ハンドと嵌合部品の滑りが発生しても確実に
嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を行えるように
したことである。

【０００７】

【解決手段３】解決手段３は、解決手段１又は解決手段
２の部品組立方法において、把持位置修正後の把持力を
修正前の把持力よりも強くすることで、確実に嵌合部品
の挿入動作あるいは引抜き動作を行うようにしたことで
ある。

【０００８】

【解決手段４】解決手段４は、解決手段３の組立方法に
おいて、挿入動作の際に、あらかじめ設定した最大把持
力で嵌合部品を把持してもなお滑りが発生した場合、上
記嵌合部品を一旦引抜き、その後、再度挿入作業をやり
なおすことで、確実に嵌合部品の挿入動作を行うように
したことである。

【０００９】

【解決手段５】解決手段５は、ロボットアームの先端に
設けたハンドで嵌合部品を把持し作業を行う組立ロボッ
トについて、上記ハンドと嵌合部品の滑りを検出する滑
り検出手段を備えることで、ハンドと嵌合部品の滑りが
発生しても、確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き
動作を行うようにしたことである。

【００１０】

【解決手段６】解決手段６は、解決手段５の組立ロボッ
トにおいて、ハンドの把持力検出手段を備えることで、
確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を行うよ
うにした組立ロボットであることである。

【００１１】

【解決手段７】解決手段７は、解決手段５における滑り
検出手段が、上記ハンドに前記嵌合部品が把持された状
態でその全体あるいは一部が撮影可能な位置に設けられ
た小型ＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラの出力信号から
画像処理により該ハンドと該嵌合部品の相対位置を演算
する画像処理手段とによるものであり、上記ハンドと嵌
合部品の滑りが発生しても、確実に嵌合部品の挿入動作
あるいは引抜き動作を行うようにしたことである。

【００１２】

【解決手段８】解決手段８は、解決手段５における滑り
検出手段が、上記ハンドの爪表面に設けられた分布式触
覚センサと、該分布式触覚センサの出力信号に基づいて
上記ハンドと嵌合部品の滑りを演算する滑り演算手段と
であり、ハンドと嵌合部品の滑りが発生しても嵌合部品
の挿入動作あるいは引抜き動作を行うようにしたことで
ある。

【００１３】

【解決手段９】解決手段９は、解決手段７の組立ロボッ
トにおいて、画像処理手段で算出されたハンドと嵌合部
品の相対位置情報に基づいてロボットアームの修正指令
を演算する修正指令生成手段を備えることで、上記ハン
ドと嵌合部品の滑りが発生しても嵌合部品の挿入動作あ
るいは引抜き動作を行うようにしたことである。

【００１４】

【解決手段１０】解決手段１０は、解決手段８の組立ロ
ボットにおいて、滑り演算手段で算出された滑り情報に
基づいてロボットアームの修正指令を演算する修正指令
生成手段を備えることで、上記ハンドと嵌合部品の滑り
が発生しても嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を
行うようにしたことである。

【００１５】

【作用】以上の解決手段１乃至解決手段１０の作用は、
次の実施の形態の記載、発明の効果の記載において明ら
かにする。

【００１６】

【実施の形態】次いで、図面を参照してこの発明の実施
例を説明する。ハンド１はアーム４の先端に設けられて
おり、嵌合部品（この例ではピン）２を把持して、アー
ム４の動作により嵌合部品２を被嵌合部品（この例で
は、製品筐体）３の穴３ａに挿入する。この実施例にお
いては、ハンド１とアーム４との接続部分に備えた６軸
センサの検出値により、挿入方向以外の並進力やモーメ
ントが発生しないようにアームを力制御して、嵌合部品
２と被嵌合部品３の穴３ａの中心を合わせて、嵌合部品
２を穴３ａに挿入する。図１（ｂ）に挿入途中の状態を
示しているが、この状態で、嵌合部品２と被嵌合部品３
の穴３ａの寸法精度のばらつきなどのために挿入反力が
大きくなると、ハンド１と嵌合部品２の接触部分で滑り
が生じる（図１（ｃ））。このままハンド１の把持力を
大きくして挿入動作を続けても、ハンド１の爪が被嵌合
部品３と干渉してしまうので所定の挿入動作を完了する
ことはできない。そこで、図１（ｄ）に示すように、ハ
ンド１による嵌合部品２の把持を一旦解除し、滑りが生
じる前の位置までハンド１を戻してから再度嵌合部品２
を把持させる（図１（ｅ））。この時、ハンド１の把持
力を大きくすることで、大きな挿入反力に対しても嵌合
部品２を上記穴３ａに挿入することが可能になる。この
実施例においては滑りが生じた際に把持位置の修正を行
っているが、挿入量や引抜き量が小さい場合などは、滑
り量が例えば０．１ｍｍ等の所定値を超えた際に、滑り
ありと判断して把持位置の修正を行うようにしてもよ
い。そして、図１（ｆ）に示すように、アーム４により
ハンドを所定の押込み量だけ移動させることで挿入動作
が完了する。上記のように、滑りが発生する度に把持位
置を修正して嵌合作業を繰り返すが、予め嵌合部品を損
傷しない程度に最大把持力を設定しておき、限界把持力
で把持した時にもなお滑りが発生した場合は、そこで挿
入動作を引抜き動作に切り替えて、一旦嵌合部品２を引
抜いた状態から再度挿入動作を再開する。なお、ハンド
１の爪による嵌合部品の把持力をどのように増大させる
かは、個々の組立作業の如何によるが、例えば数％程度
増大させることを基本として、段々に把持力を増大させ
る。このようにすることで、２〜３回の繰り返しによっ
てほとんど嵌合作業が完了される。

【００１７】ハンド１をその先端に備えているアーム４
が、嵌合部品２と被嵌合部品３の穴３ａの中心を合わせ
ながらハンド１を移動させることで、嵌合部品２の嵌合
（挿入）作業あるいは引抜き作業を行う。ハンド１には
把持した部品が撮影できる位置にＣＣＤカメラ５が設け
られている。このＣＣＤカメラ５の出力信号を画像処理
手段６で処理することでハンド１と嵌合部品２の相対位
置が判別される。さらに、滑りが生じる前の相対位置と
検出される相対位置を比較することによって、ハンド１
と嵌合部品２の滑り量と滑り方向が検出される。検出さ
れた滑り量と滑り方向に基づいて修正指令生成手段７に
より把持位置を修正するためのアーム４の動作とハンド
１の開閉動作の指令信号が演算される。この指令信号に
よって、ロボット制御手段８がアーム４を移動させ、ハ
ンド制御手段９がハンド１を開閉動作させて、把持位置
を修正するとともに、前回よりも強い把持力（例えば数
％増）で嵌合部品２を把持させる。ハンド１はその爪に
把持力検出手段１０を備えており、この把持力検出手段
１０からの信号に基づいてハンド制御手段９がハンド１
の把持力を制御する。なお、ハンド１と嵌合部品２の相
対位置の判別、ハンド１と嵌合部品２の滑り量と滑り方
向の検出はおおよそ次のようになされる。すなわち、Ｃ
ＣＤカメラからの出力信号により、作業前に把持したワ
ークの大きさと重心位置を求めておく。作業中のＣＣＤ
カメラ出力信号から同様にワークの大きさと重心位置を
求めて作業前と比較する。これにより、大きさの変化率
からＣＣＤカメラの光軸方向の滑り量、重心位置の移動
方向と移動量から光軸以外の滑り方向と滑り量を検出す
る。

【００１８】図３に組立ロボットの他の構成例を示して
いる。ハンド１はアーム４の先端に備えられており、ア
ーム４が嵌合部品と被嵌合部品の穴３ａの中心を合わせ
ながらハンド１を移動させることで嵌合（挿入）作業あ
るいは引抜き作業を行う。ハンド１の爪の表面には分布
式接触センサ２０が備えられている。分布式接触センサ
２０は嵌合部品２とハンド１の爪の接触領域がわかる。
接触領域の時間的な変化に基づいて、滑り演算手段２１
によりハンド１と嵌合部品２の滑り量と滑り方向を検出
する。検出された滑り量と滑り方向から修正指令生成手
段７により把持位置を修正するためのアーム４の動作と
ハンド１の開閉動作の指令信号が演算される。この指令
信号によってロボット制御手段８がアーム４を移動さ
せ、ハンド制御手段９がハンド１を開閉動作させ、把持
位置が修正し、かつ前回よりも強い把持力で嵌合部品２
を把持させる。ハンド１は爪に把持力検出手段１０を備
えており、把持力検出手段１０からの検出信号に基づき
ハンド制御手段９がハンド１の把持力を制御する。な
お、分布式接触センサ２０による接触領域及びその時間
的変化からの滑り方向及び滑り量の検出は、おおよそ次
のようにして成される。すなわち、分布式接触センサか
らの出力信号により、作業前に把持したワークの接触部
分の輪郭あるいは重心を求めておく。作業中の分布式接
触センサからの出力信号から同様にワークの接触部分の
輪郭あるいは重心を求めて作業前と比較する。これによ
り、接触部分の移動方向と移動量から滑り方向と滑り量
を検出する。

【００１９】

【発明の効果】この発明の効果は、各請求項毎に次のと
おりに整理される。 １．請求項１に係る発明の効果 ハンドと嵌合部品との接触部分に滑りが発生した際に把
持位置を修正することにより、ハンドが嵌合部品の所定
の把持位置を常に把持するためロボットアームの所定の
動作により、所望の挿入量（あるいは引抜き量）だけ嵌
合部品を嵌合させる（あるいは引抜く）ことができる。
これにより、ハンドと嵌合部品の滑りが発生しても確実
に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を行うことが
できる。

【００２０】２．請求項２に係る発明の効果 ロボットアームの先端に設けたハンドと該嵌合部品の接
触部分の滑り量が設定値より大きくなった際に把持位置
を修正することで、ハンドが嵌合部品の所定の把持位置
を常に把持するため、ロボットアームの所定の動作によ
り所望の挿入量あるいは引抜き量で嵌合作業、あるいは
引抜き作業を完了することができる。これにより、ハン
ドと嵌合部品間に滑りが発生しても確実に嵌合部品の挿
入動作あるいは引抜き動作を行うことができる。

【００２１】３．請求項３に係る発明の効果 請求項１又は請求項２の組立方法において、把持位置修
正後の把持力を修正前の把持力よりも強くすることで、
修正後はハンドと嵌合部品の接触部分の摩擦力が増加す
る。これを繰り返すことにより作業反力よりも大きな摩
擦力で嵌合部品を把持して、確実に、挿入作業あるいは
引抜き作業を行うことができる。

【００２２】４．請求項４に係る発明の効果 請求項３の組立方法において、挿入動作の際、予め設定
した許容最大把持力で嵌合部品を把持してもなお滑りが
発生した場合、さらに大きな把持力で把持すると嵌合部
品が損傷してしまうことがある。また、つまりが生じて
いる可能性がありその状態では、嵌合部品と被嵌合部品
の軸の位置姿勢を修正することは困難で作業が完了しな
い。そこで、一旦部品を引抜いてから再度嵌合作業を行
うことによって、嵌合部品の位置及び姿勢を被嵌合部品
の穴に一致させて挿入することができる。これにより、
確実に嵌合部品の挿入動作を行うことができる。

【００２３】５．請求項５に係る発明の効果 ロボットアームの先端に設けたハンドで嵌合部品を把持
し作業を行うロボットにおいて、該ハンドと嵌合部品の
滑りを検出する滑り検出手段を備えることで、滑り量と
滑り方向を検出することができる。これらの滑り量と滑
り方向に基づき把持位置を修正することができる。これ
により、ハンドと嵌合部品の滑りが発生しても嵌合部品
の挿入動作あるいは引抜き動作を行うことができる。

【００２４】６．請求項６に係る発明の効果 請求項５の組立ロボットにハンドの把持力検出手段を備
えることで、ハンドの把持力を制御することが可能とな
り、把持位置修正のたびに把持力を増加させることがで
きる。これにより、確実に嵌合部品の挿入動作あるいは
引抜き動作を行うことができる。

【００２５】７．請求項７に係る発明の効果 請求項５の滑り検出手段が、前記ハンドに前記嵌合部品
が把持された状態でその全体あるいは一部が撮影可能な
位置に設けられた小型ＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラ
の出力信号から画像処理により該ハンドと該嵌合部品の
相対位置を演算する画像処理手段とであるから、ハンド
と嵌合部品の接触状態に影響を与えることなく滑り量を
検出できる。このため、ハンドと嵌合部品の滑りが発生
しても確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を
行うことができる。

【００２６】８．請求項８に係る発明の効果 請求項５の滑り検出手段が、ハンドの爪表面に設けられ
た分布式触覚センサと、該分布式触覚センサの出力信号
から該ハンドと嵌合部品の滑りを演算する滑り演算手段
とであるから、直接的に滑り量を正確に検出することが
できる。これにより、ハンドと嵌合部品の滑りが発生し
ても、確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動作を
行うことができる。

【００２７】９．請求項９に係る発明の効果 請求項７の組立ロボットに、画像処理手段で算出された
ハンドと嵌合部品の相対位置情報に基づいてロボットア
ームの修正指令を演算する修正指令生成手段を備えたこ
とにより、ロボットアームが把持位置修正動作を行うこ
とができる。これにより、ハンドと嵌合部品の滑りが発
生しても、確実に嵌合部品の挿入動作あるいは引抜き動
作を行うことができる。

【００２８】１０．請求項１０に係る発明の効果 請求項８の組立ロボットに、滑り演算手段で算出された
滑り情報に基づいてアームの修正指令を演算する修正指
令生成手段を備えたことにより、ロボットアームが把持
位置修正動作を行うことができる。これにより、ハンド
と嵌合部品の滑りが発生しても、確実に嵌合部品の挿入
動作あるいは引抜き動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】はこの発明の組立作業手順を示す模式図であ
る。

【図２】は実施例の正面図である。

【図３】は他の実施例の正面図である。

【符号の説明】

１：ハンド ２：嵌合部品 ３：被嵌合部品 ３ａ：被嵌合部品の穴 ４：アーム ５：ＣＣＤカメラ ６：画像処理手段 ７：修正指令生成手段 ８：ロボット制御手段 ９：ハンド制御手段 １０：把持力検出手段 ２０：分布式接触センサ ２１：滑り演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 忠克 東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会 社リコー内 Ｆターム(参考） 3C007 AS07 DS01 ES03 KS05 KS32 KT01 KT05 KW02 KX07 LT06 LT12 LV10 LV17 NS07 3C030 BC05 BC16 BC21 BC31 BC33 BC35

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットアームの先端に設けたハンドで嵌
   合部品を把持し、被嵌合部品に該嵌合部品を挿入する作
   業あるいは嵌合部品を被嵌合部品の穴から引抜く作業を
   行う部品組立方法おいて、該ハンドと該嵌合部品との接
   触部分に滑りが発生した際に把持位置を修正することを
   特徴とする組立ロボットによる部品組立方法。
2. 【請求項２】ロボットアームの先端に設けたハンドで嵌
   合部品を把持し、被嵌合部品に該嵌合部品を挿入する作
   業あるいは嵌合部品を被嵌合部品の穴から引抜く作業を
   行う部品組立方法において、上記ハンドと嵌合部品との
   接触部分の滑り量が設定値より大きくなった際に、把持
   位置を修正することを特徴とする組立ロボットによる部
   品組立方法。
3. 【請求項３】部品組立方法において、把持位置修正後の
   把持力を修正前の把持力よりも強くすることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２の組立ロボットによる部品組立
   方法。
4. 【請求項４】挿入動作の際、予め設定した最大把持力で
   嵌合部品を把持してもなお滑りが発生した場合、該嵌合
   部品を一旦引抜き、再度挿入作業をやりなおすことを特
   徴とする請求項３の組立ロボットによる部品組立方法。
5. 【請求項５】ロボットアームの先端に設けたハンドで嵌
   合部品を把持して作業を行う組立ロボットにおいて、上
   記ハンドと嵌合部品の滑りを検出する滑り検出手段を備
   えていることを特徴とする組立ロボット。
6. 【請求項６】ロボットハンドの把持力検出手段を備えて
   いることを特徴とする請求項５の組立ロボット。
7. 【請求項７】上記滑り検出手段が、ハンドに嵌合部品が
   把持された状態で嵌合部品の全体あるいは一部を撮影可
   能な位置に設けられた小型ＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカ
   メラの出力信号を画像処理することにより、上記ハンド
   と嵌合部品の相対位置を演算する画像処理手段とによる
   ものであることを特徴とする請求項５の組立ロボット。
8. 【請求項８】上記滑り検出手段が、ハンドの爪表面に設
   けられた分布式触覚センサと、該分布式触覚センサの出
   力信号から上記ハンドと嵌合部品の滑りを演算する滑り
   演算手段とであることを特徴とする請求項５の組立ロボ
   ット。
9. 【請求項９】上記画像処理手段で演算されたハンドと嵌
   合部品の相対位置情報に基づいてアームの修正指令を演
   算する修正指令生成手段を備えていることを特徴とする
   請求項７の組立ロボット。
10. 【請求項１０】上記滑り演算手段で算出された滑り情報
    に基づいてアームの修正指令を演算する修正指令生成手
    段を備えていることを特徴とする請求項８の組立ロボッ
    ト。