JP2020142324A - Robot device and automatic correction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組立作業を行うロボット装置および自動補正方法に関する。 The present invention relates to a robot device that performs assembly work and an automatic correction method.
近年の生産現場における生産形態は、多品種少量生産から、生産機種および生産量の変化に対応可能である変種変量生産へと移行している。このような生産形態の変遷に応じて、汎用性の高い設備が求められている。汎用性の高い設備を実現するために、ロボットが多用されている。ここで言うロボットとは、予め教示された動作を再現することで動作するティーチングプレイバック式のロボット、直交するスライド軸により構成される直交ロボットなどを指す。 In recent years, the production form at production sites has shifted from high-mix low-volume production to variable-variable production that can respond to changes in production models and production volumes. In response to such changes in production forms, highly versatile equipment is required. Robots are often used to realize highly versatile equipment. The robot referred to here refers to a teaching playback type robot that operates by reproducing a motion taught in advance, an orthogonal robot composed of orthogonal slide axes, and the like.
このようなロボットは、生産現場において部品組立工程の組立作業で使用される。部品組立工程では、例えば、挿入すべき部品である挿入部品を、挿入先である相手部品へ挿入する作業が行われる。このようなロボットは、予め動作順序がプログラミングされることにより、動作位置を教示され、決められた動作を繰り返し作業する。しかし、ロボットによる部品組立作業では、ロボットが繰り返し行う作業における位置の再現性のばらつき、温度変化によるロボットおよび設備の熱膨張等の影響で、挿入部品の軸芯と相手部品の軸芯との間に位置ズレが生じ、挿入部品が相手部品に干渉することがある。以下、挿入部品の軸芯と相手部品の軸芯との間に生じるズレを、単に部品の軸芯のズレとも呼ぶ。 Such robots are used in the assembly work of the parts assembly process at the production site. In the part assembly process, for example, an insertion part, which is a part to be inserted, is inserted into a mating part, which is an insertion destination. In such a robot, the operation position is taught by programming the operation order in advance, and the determined operation is repeatedly performed. However, in the parts assembly work by the robot, there is a variation in the reproducibility of the position in the work repeatedly performed by the robot, and the thermal expansion of the robot and equipment due to the temperature change affects the distance between the axis of the inserted part and the axis of the mating part. The position of the inserted part may shift and the inserted part may interfere with the mating part. Hereinafter, the deviation that occurs between the axis of the inserted component and the axis of the mating component is also simply referred to as the deviation of the axis of the component.
挿入部品が相手部品に干渉する課題を解決するために、干渉検知と干渉回避の2つの技術が用いられる。干渉検知は、一般的に、ロボットの先端に力覚センサを取り付け、力覚センサにより検出された反力を用いて干渉の有無を検知することにより、行われる。干渉回避の方法としては、一般的に、挿入部品の角部に面取り処理を行い、挿入方向に対して斜めの方向に、干渉時の反力を発生させ、挿入方向に直交する方向に発生する反力の分力を力覚センサで検知する方法がとられる。この方法では、力覚センサにより検知された分力が小さくなるようにロボットを動かす制御プログラムをロボットコントローラに搭載しておき、ロボットコントローラが制御プログラムに基づいてロボットの動作を制御する。または、力覚センサで検知した分力を小さくするようにロボットの動作を補正するコンプライアンス機構が用いられる。 Two techniques, interference detection and interference avoidance, are used to solve the problem that the inserted component interferes with the mating component. Interference detection is generally performed by attaching a force sensor to the tip of the robot and detecting the presence or absence of interference using the reaction force detected by the force sensor. As a method of avoiding interference, generally, a chamfering process is performed on the corners of the inserted part, a reaction force at the time of interference is generated in a direction oblique to the insertion direction, and the reaction force is generated in a direction orthogonal to the insertion direction. A method of detecting the component force of the reaction force with a force sensor is adopted. In this method, a control program for moving the robot is mounted on the robot controller so that the component force detected by the force sensor is reduced, and the robot controller controls the operation of the robot based on the control program. Alternatively, a compliance mechanism that corrects the movement of the robot so as to reduce the component force detected by the force sensor is used.
例えば、特許文献1には、挿入部品と相手部品との軸芯のズレを、挿入部品を平行移動させることにより、補正する技術が開示されている。特許文献1に記載の技術では、水平多関節ロボットの先端に力覚センサを取り付け、力覚センサの下部には、ロボットが把持する挿入部品を平行移動させることが可能なリモートセンターコンプライアンス機構を取り付けている。特許文献1に記載の技術では、挿入部品または相手部品の角部を面取り加工しておき、力覚センサで反力を検知し、反力のうち挿入方法と直交する方向の分力を小さくするようにリモートセンターコンプライアンス機構により挿入部品を平行移動させることにより、部品の軸芯のズレを補正している。
For example,
しかしながら、上記特許文献1の技術では、反力の分力を用いて部品の軸芯のズレを補正しているので、挿入部品および相手部品のうち少なくとも一方の接触角部に面取り処理が施されている必要がある。このため、挿入部品にも相手部品にも、面取り処理が施されていない場合には、部品の軸芯のズレを補正することができないという問題ある。
However, in the technique of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品の面取り処理の有無にかかわらず部品の軸芯のズレを補正することができるロボット装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a robot device capable of correcting a deviation of the axis of a component regardless of the presence or absence of chamfering of the component.
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装置は、ロボットと、ロボットの先端に取り付けられる力覚センサと、力覚センサに取り付けられ、第1部品を把持可能な把持部と、を備える。また、ロボット装置は、ロボットが第1部品を第2部品へ挿入する作業を行うときに、力覚センサにより計測された計測結果を用いて、第1部品の第2部品への挿入方向と逆の方向に第1部品に荷重が生じるようにロボットを制御するロボットコントローラ、を備える。さらに、ロボット装置は、挿入方向に直交する面内の軸を回転軸とするロボットの先端の回転角度である動作角度に基づいて、ロボットの動作を制御する演算器、を備える。演算器は、第1の方向を回転方向とする動作角度が許容回転角度を超えた場合に、ロボットを停止させ、ロボットを停止させた後に、ロボットの先端を第1の方向と逆まわりの方向に回転させるようにロボットを制御する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the robot device according to the present invention is attached to a robot, a force sensor attached to the tip of the robot, and a force sensor, and can grip the first component. It is provided with a grip portion. Further, when the robot performs the work of inserting the first component into the second component, the robot device uses the measurement result measured by the force sensor to reverse the direction of inserting the first component into the second component. A robot controller that controls the robot so that a load is generated on the first component in the direction of Further, the robot device includes an arithmetic unit that controls the operation of the robot based on the operation angle which is the rotation angle of the tip of the robot whose rotation axis is an axis in a plane orthogonal to the insertion direction. When the operating angle with the first direction as the rotation direction exceeds the allowable rotation angle, the calculator stops the robot, stops the robot, and then turns the tip of the robot in the direction opposite to the first direction. Control the robot to rotate to.
本発明によれば、部品の面取り処理の有無にかかわらず部品の軸芯のズレを補正することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the deviation of the axis of the component can be corrected regardless of the presence or absence of the chamfering process of the component.
以下に、本発明の実施の形態にかかるロボット装置および自動補正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。 The robot apparatus and the automatic correction method according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるロボット装置100の機能構成例を示す図である。図2は、ロボット装置100の外観を模式的に示す図である。ロボット装置100は、図1および図2に示すように、垂直多関節ロボットであるロボット1と、ロボット1の先端に取り付けられた力覚センサ101と、力覚センサ101の下面に取り付けられたチャック駆動部102と、チャック駆動部102の下部に取り付けられ、2つを1組としたチャック103とを備える。図2では1つのチャック103に符号を付しているが、チャック駆動部102の下部には2つのチャック103が設けられている。2つのチャック103は、第1部品である挿入部品501を挟み込んで把持することが可能である。チャック駆動部102と2つのチャック103とは、挿入部品501を挟み込み、挟み込んだ状態で回転させることが可能な把持部104を構成する。ロボット装置100は、さらに、ロボット1の動作を制御するロボットコントローラ2と、ロボットコントローラ2に接続される演算器3とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration example of the
ロボット装置100は、組立作業を行うことが可能である。具体的には、ロボット装置100は、挿入部品501を、挿入部品501に対応した挿入部を有する第2部品である相手部品502に、挿入することが可能である。相手部品502は、相手部品取付台503により固定されている。ここでは、相手部品502が相手部品取付台503に載置されて固定される例を説明するが、相手部品502が動きにくいものである場合などには相手部品取付台503を設けなくてもよい。
The
図2に示すように、ロボット1とロボットコントローラ2は接続ケーブル301で接続され、力覚センサ101とロボットコントローラ2は接続ケーブル302で接続され、ロボットコントローラ2と演算器3は、接続ケーブル303で接続されている。なお、図1および図2に示した例では、演算器3を、ロボット装置100の構成要素としているが、演算器3は、ロボットコントローラ2に接続可能であればよく、ロボット装置100の外部の装置であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
また、実施の形態では、直交座標系であるXYZ座標系を、図2に示すように、紙面の奥から手前に向かう方向をX軸のプラス方向とし、X軸に直交し、紙面の左から右に向かう方向をY軸のプラス方向とし、紙面の下から上へ向かう方向をZ軸のプラス方向として定義する。また、図2に示すように、Z軸のマイナス方向が鉛直下向きであるとする。 Further, in the embodiment, as shown in FIG. 2, the XYZ coordinate system, which is a Cartesian coordinate system, has the direction from the back to the front of the paper surface as the plus direction of the X axis, orthogonal to the X axis, and from the left side of the paper surface. The direction to the right is defined as the positive direction of the Y axis, and the direction from the bottom to the top of the paper is defined as the positive direction of the Z axis. Further, as shown in FIG. 2, it is assumed that the negative direction of the Z axis is vertically downward.
次に、ロボット装置100を構成する各構成要素の詳細について説明する。まず、垂直多関節ロボットであるロボット1について説明する。図1に示すように、ロボット1は、各軸に対応するサーボモータ11−1〜11−6を備える。図1では、ロボット1が6軸の関節を有する例を示している。ロボット1は、各軸に対応するサーボモータ11−1〜11−6によって各関節が回転することにより、ロボット1の先端の位置および姿勢を自由に変更することができる。
Next, the details of each component constituting the
なお、ここでは、ロボット1は、図2に示す下方向であるマイナスZ方向を挿入方向とした部品の挿入の作業だけでなく、マイナスY方向などの水平方向を挿入方向とした部品の挿入も可能なように、すなわち汎用性を高めるために、6軸の垂直多関節ロボットを例に挙げている。しかしながら、ロボット1は、6軸の垂直多関節ロボットに限定されず、ロボット1の備える軸の数は6に限定されず、5であってもよいし、7以上であってもよい。また、部品の挿入方向が限定される場合には、ロボット1の備える軸の数は、4以下であってもよい。ロボット1は、前工程で搬送された挿入部品501をチャック103で把持し、把持した挿入部品501を、相手部品502の上方へ移動させて下降させることができ、X軸およびY軸を中心に回転する機構があれば良い。
Here, the
次に力覚センサ101について説明する。力覚センサ101は、ロボット1の先端に作用する荷重すなわち反力とロボット1の先端のモーメントとを計測できるセンサである。力覚センサ101は、反力に関しては、挿入部品501の挿入方向の逆方向に発生する力を計測できれば良い。例えば、図2に示すように、相手部品502の上方から挿入部品501を挿入する場合、挿入方向はマイナスZ方向であるから、力覚センサ101は、反力としてプラスZ方向に発生する力を検出できれば良い。力覚センサ101は、モーメントに関しては、挿入方向に直交する平面において挿入部品501がずれる方向に対し直交する該平面内の軸を中心に発生するモーメントを検出できれば良い。例えば、図2に示すように、挿入方向がマイナスZ方向であるとき、挿入動作で挿入部品501がX軸方向(±X方向)にずれる場合、Y軸方向を中心に発生するモーメントMyが検知できればよい。力覚センサ101は、計測した荷重およびモーメントを、計測結果として接続ケーブル302を介して周期的にロボットコントローラ2へ送信する。
Next, the
次にチャック駆動部102について説明する。チャック駆動部102は力覚センサ101の下面に取り付けられており、2つのチャック103を、それぞれプラスY方向とマイナスY方向に動作させることが可能な駆動部品である。チャック駆動部102は、チャック103を駆動できれば特に機構の限定はないが、例えば、圧縮エアを供給できる環境であればエアで動作するエアチャックを使用したり、モータで動作させる電動チャックを使用したりすることができる。チャック駆動部102の筐体は、アルミをはじめとした金属の材質で形成されることが望ましい。その理由として、挿入部品501が後述の相手部品502との接触時に受ける反力が、チャック103およびチャック駆動部102を介して力覚センサ101に伝わるため、樹脂部品などの弾性変形量が多い材質を筐体に用いると、挿入部品501に実際に作用している反力を力覚センサ101で正確に検知することが困難になるためである。
Next, the
次にチャック103について説明する。チャック103は挿入部品501を把持するための部品である。詳細には、図2に示した例では、2つのチャック103が、挿入部品501にそれぞれプラスY方向およびマイナスY方向から近づくことにより、挿入部品501を挟んで把持する。チャック103の材質はアルミなど、樹脂部品よりも弾性変形量が少ない材質が望ましい。その理由は、チャック駆動部102と同様に、挿入部品501が相手部品502との接触時に受ける反力がチャック103およびチャック駆動部102を介して荷重を検出する力覚センサ101に伝わるため、弾性変形量が多い材質にすると、挿入部品501に実際に作用している反力を力覚センサ101で正確に検知することが困難になるためである。
Next, the
チャック103と挿入部品501との接触面積について説明する。チャック103が挿入部品501を把持しているときには重力により挿入部品501に鉛直方向下向きに力が働く。また、挿入動作で挿入部品501が相手部品502と干渉した場合には、相手部品502との接触により挿入部品501は反力を受ける。これらの場合のように、挿入部品501が、力を受けると、挿入部品501がチャック103の表面を滑ることがある。挿入部品501がチャック103の表面を滑ると、挿入部品501が、X軸、Y軸またはZ軸まわりに回転したり、チャック103から脱落したりすることもある。チャック103と挿入部品501との接触面積は、上述した回転、脱落が生じないように決定されることが望ましい。また、挿入部品501と接触するチャック103の接触面には、滑り止め防止のために、図示しないウレタンゴムなどの弾性体を取り付けてもよい。ウレタンゴムなどの弾性体を取り付けることにより、挿入部品501の傷防止にもなる。ただし、弾性体が厚すぎると、上述したように、反力が弾性体の弾性変形で力覚センサ101に正確に伝わらない可能性がある。このため、力覚センサ101における反力の検知の精度に問題が生じない範囲で、挿入部品501の滑りおよび傷の発生の状況に応じて、弾性体の厚さを調整する必要がある。
The contact area between the
次に、挿入部品501について説明する。挿入部品501の材質は、挿入部品501が相手部品502との接触時に受ける反力を力覚センサ101に伝えることができるものであれば、特に制約はない。挿入部品501の形状についても特に制約はないが、例えば、円柱形状、四角柱形状などとすることができる。挿入部品501の形状が円柱形状であれば、円形状の上面および下面がそれぞれプラスZ方向およびマイナスZ方向を向いた状態で、チャック103によって把持されることが望ましい。挿入部品501の形状が四角柱状であれば、特に向きに制約はないが、できれば下面が相手部品502の上面と平行となるようにチャック103により把持されているとよい。挿入部品501の下面の角部は面取りが無く、倣い面が無い形状でよいが、面取り処理がされていてもよい。
Next, the
次に、相手部品502について説明する。相手部品502は挿入部品501が挿入される挿入部を有する部品である。相手部品502の挿入部は、挿入部品501が勘合するように設けられた挿入部品501の形状にあった穴であってもよいし、挿入部品501が挿入される周辺に挿入部品501が勘合するように突起が設けられた部分であってもよい。相手部品502の材質は、挿入動作時に挿入部品501に反力を発生させるものであれば、特に制約はない。なお、挿入部品501と接触する相手部品502の挿入部の上部の角は面取りが無く、倣い面が無い形状でよいが、面取り処理されていてもよい。相手部品502は、挿入部品501の挿入動作時に、反力などで動いたり、傾いたりしないように相手部品取付台503などで固定されていることが望ましい。
Next, the
次に相手部品取付台503について説明する。相手部品取付台503は相手部品502が動かないように固定するための部品である。材質は、挿入動作時に挿入部品501に反力を発生できるのであれば、特に制約はない。
Next, the mating
次に、ロボットコントローラ2について説明する。図1に示すように、ロボットコントローラ2は、動作制御部21、送受信部22および設定受付部23を備える。送受信部22は、力覚センサ101から接続ケーブル302を介して計測結果を受信し、受信した計測結果を動作制御部21へ出力する。送受信部22は、受信した計測結果を、接続ケーブル303を介して演算器3へ送信する。送受信部22は、動作制御部21から出力される後述する動作指令を、ロボット1へ接続ケーブル301を介して送信する。送受信部22は、接続ケーブル303を介して演算器3から受信した後述する指令を動作制御部21へ出力する。
Next, the
設定受付部23は、作業者からのロボット1の動作に関する設定を行うための設定情報の入力を受け付ける。作業者からの入力として受け付けることが可能な設定情報は、一般的なロボット1の動作制御において設定可能な情報を例示することができるが、本実施の形態では、後述するように、挿入動作を行う際の、挿入部品501における荷重およびモーメントの目標値となる設定値を含む。設定受付部23は、受け付けた設定情報を動作制御部21へ出力する。設定受付部23は、キーボード、マウス、タッチパネル、ボタンなどの入力手段である。また、ロボットコントローラ2は、作業者へ情報を提示するための図示しない表示部を備えていてもよい。表示部と設定受付部23が一体化されてタッチパネルにより実現されてもよい。
The
動作制御部21は、ロボット1を制御するためのロボットプログラム、および設定受付部23から入力される設定情報に基づいて、ロボット1の先端を目標とする位置および角度とするように、ロボット1の各関節に内蔵されたサーボモータ11−1〜11−6を制御するための動作指令を生成する。動作制御部21は、生成した動作指令を、送受信部22を介してロボット1へ送信する。このようにして、動作制御部21は、ロボット1の動作を制御する。ロボット1の先端を目標とする位置および角度とするための、ロボット1の動作制御に関しては、一般的な技術を用いることができるため、詳細な説明を省略する。なお、動作制御部21は、力覚センサ101の計測結果に基づいて、挿入部品501における荷重、モーメントが、作業者により入力された上述した設定値となるように、フィードバック制御する機能を有する。さらに、動作制御部21は、サーボモータ11−1〜11−6の回転角度を検出する図示しないエンコーダによる検出結果を、送受信部22を介してエンコーダから受信し、エンコーダにより検出された回転角度を用いてフィードバック制御を行う。この場合、送受信部22は、エンコーダによる検出結果を、演算器3へ送信してもよい。また、動作制御部21は、演算器3から、送受信部22を介して受信した指令に基づいて、ロボット1を動作させる機能も有する。
The
次に、演算器3について説明する。演算器3は、ロボット1の先端の回転角度である動作角度に基づいて、ロボット1の動作を、ロボットコントローラ2を介して制御する。演算器3は、図1に示すように、送受信部31、動作角度判定部32および回転制御部33を備える。送受信部31は、接続ケーブル303を介して、ロボットコントローラ2から、力覚センサ101の計測結果を受信し、受信した計測結果を動作角度判定部32へ出力する。さらに、送受信部31は、接続ケーブル303を介して、ロボットコントローラ2から、エンコーダによる検出結果を受信し、受信した検出結果を動作角度判定部32へ出力してもよい。送受信部31は、回転制御部33から出力される指令を、接続ケーブル303を介して、ロボットコントローラ2へ送信する。
Next, the
動作角度判定部32は、ロボット1の動作角度と許容回転角度を比較し、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過した場合、回転制御部33へその旨を通知する。本実施の形態では、動作角度は、挿入方向に直交する面内の軸を回転軸とするロボット1の先端の回転角度である。動作角度は、例えば、以下のように算出される。ロボットコントローラ2は、ロボット1の各関節のエンコーダによる検出結果に基づいて、ロボット1の先端の角度を算出する。ロボットコントローラ2は、この算出を一定周期で繰り返し行っており、算出結果は演算器3に送信される。演算器3は、回転開始時の算出結果を回転開始角度として記憶し、ロボットコントローラ2から新たな算出結果を受信すると、受信した算出結果と回転開始角度との差を動作角度として算出する。そして、演算器3は、動作角度と許容回転角度を比較する。動作角度の算出方法はこの例に限定されない。許容回転角度は、あらかじめ定められていてもよいし、作業者により設定されてもよい。作業者により設定される場合、ロボットコントローラ2が作業者からの入力を受け付けて演算器3へ送信してもよいし、演算器3が入力手段を有して、入力手段により作業者からの入力を受け付けてもよい。
The operation angle determination unit 32 compares the operation angle of the
回転制御部33は、動作角度判定部32から、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過したことを通知されると、後述する回転制御を実施する。
When the
ここで、ロボットコントローラ2および演算器3のハードウェア構成について説明する。ロボットコントローラ2の送受信部22、演算器3の送受信部31は、送信機および受信機であり、通信回路により実現される。ロボットコントローラ2の設定受付部23は、上述したようにキーボードなどの入力手段により実現される。
Here, the hardware configuration of the
ロボットコントローラ2の動作制御部21、演算器3の動作角度判定部32および回転制御部33は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサを備える回路であってもよいし、専用ハードウェアであってもよい。
The
処理回路がプロセッサを備える回路である場合、処理回路は例えば図3に示した構成の処理回路である。図3は、本実施の形態の処理回路の構成例を示す図である。図3に示す処理回路400は、プロセッサ401およびメモリ402を備える。動作制御部21、動作角度判定部32および回転制御部33が、図3に示した処理回路400によって実現される場合、プロセッサ401が、メモリ402に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、これらが実現される。すなわち、動作制御部21、動作角度判定部32および回転制御部33が図3に示した処理回路400によって実現される場合、これらの機能は、ソフトウェアであるプログラムを用いて実現される。メモリ402はプロセッサ401の作業領域としても使用される。プロセッサ401は、CPU(Central Processing Unit)等である。メモリ402は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
When the processing circuit is a circuit including a processor, the processing circuit is, for example, a processing circuit having the configuration shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the processing circuit of the present embodiment. The
動作制御部21、動作角度判定部32および回転制御部33を実現する処理回路が専用ハードウェアである場合、処理回路は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)である。なお、動作制御部21、動作角度判定部32および回転制御部33は、プロセッサを備える処理回路および専用ハードウェアを組み合わせて実現されてもよい。動作制御部21、動作角度判定部32および回転制御部33は、それぞれが複数の処理回路により実現されてもよい。
When the processing circuit that realizes the
次に、本実施の形態のロボット装置100における部品の軸芯の自動補正方法について説明する。図4は、本実施の形態のロボット装置100における部品の軸芯の自動補正処理の手順の一例を示すフローチャートである。図4に示す自動補正処理は、ロボット装置100の組立作業において、チャック103が挿入部品501を挟み込み、挿入部品501が相手部品502の上方に位置するようにチャック103が移動したときに開始される。挿入部品501が相手部品502の上方に位置するようにチャック103が移動したときに開始される動作を、以下、挿入部品501を相手部品502へ挿入する作業とも呼ぶ。ロボット装置100の組立作業において、チャック103が挿入部品501を挟み込み、挿入部品501が相手部品502の上方に位置するようにチャック103が移動するまでのロボット装置100の動作は、一般的なロボット装置における動作と同様であるため、詳細な説明を省略する。
Next, a method of automatically correcting the shaft cores of the parts in the
本実施の形態の自動補正処理は、挿入部品501を相手部品502へ挿入する作業において実行される。自動補正処理の実行中は、力覚センサ101に作用する荷重がプラスZ方向に発生するように設定され、力覚センサ101に発生するモーメントが0(ゼロ)Nmとなるように設定される。これらの荷重およびモーメントに関する設定は、上述したように、例えば、ロボットコントローラ2が、作業者から設定情報として受け付ける。また、力覚センサ101より下に取り付けられた部品、すなわちチャック駆動部102、チャック103および挿入部品501の自重および重心位置を考慮し、重力によって力覚センサ101に発生する荷重およびモーメントはあらかじめキャンセルしておく。このキャンセルは、例えば、力覚センサ101を用いるロボット1の一般的な機能であるキャリブレーション機能により実現することができる。キャリブレーション機能は、ロボット1にチャック駆動部102およびチャック103を取り付けた状態で、ロボット1によって様々な角度にチャック103を振り、その時の力覚センサ101に発生する荷重およびモーメントから、チャック駆動部102およびチャック103の重量と重心位置をロボットコントローラが推定する機能であり、この機能を用いて、重力によって力覚センサ101に発生する荷重およびモーメントはあらかじめキャンセルしておくことができる。重力によって力覚センサ101に発生する荷重およびモーメントをキャンセルする方法はこの例に限定されない。
The automatic correction process of the present embodiment is executed in the work of inserting the
図4に示すように、ロボット装置100では、まず、動作角度判定部32が、ロボット1の動作角度を算出する(ステップS1)。次に、動作角度判定部32が、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過しているか否かを判断する(ステップS2)。
As shown in FIG. 4, in the
ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過していない場合(ステップS2 No)、処理はステップS1へ戻る。ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過している場合(ステップS2 Yes)、ロボット装置100は、ロボット1の回転を停止させる(ステップS3)。詳細には、演算器3の動作角度判定部32が、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超過したことを回転制御部33へ通知し、回転制御部33が、ロボット1の動作を停止させるための指令である動作停止指令を生成して送受信部31を介してロボットコントローラ2へ送信する。ロボットコントローラ2は、動作停止指令を受信すると、ロボット1の動作を停止させる。これにより、ロボット1の回転が停止する。
When the operating angle of the
上述したように、ロボット1では、力覚センサ101に作用する荷重がプラスZ方向に発生するように設定され、力覚センサ101に発生するモーメントが0Nmとなるように設定されている。このため、ロボット1は、力覚センサ101により計測された計測結果に基づいて、力覚センサ101に作用する荷重が0Nの間は力覚センサ101に作用する荷重がプラスZ方向に発生するように、ロボット1の先端をマイナスZ方向に移動させ続ける。すなわち、ロボットコントローラ2は、ロボット1が挿入部品501を相手部品502へ挿入する作業を行うときに、力覚センサ101により計測された計測結果を用いて、挿入部品501の相手部品502への挿入方向と逆の方向に挿入部品501に荷重が生じかつ挿入部品501にモーメントが生じないようにロボット1を制御する。なお、ロボットコントローラ2は、挿入部品501の相手部品502への挿入方向と逆の方向に挿入部品501に荷重が生じるように制御すればよく、挿入部品501にモーメントが生じないようにロボット1を制御することは必須ではない。ロボットコントローラ2は、例えば、挿入部品501にある程度のモーメントが生じることを許容してもよい。部品の軸芯のズレ、すなわち挿入部品501の軸芯と相手部品502の軸芯とのズレが無い場合には、挿入部品501はそのまま上方から相手部品502に挿入される。
As described above, in the
一方、後述するように、部品の軸芯のズレが生じると、挿入部品501が相手部品502と干渉することにより、挿入部品501にモーメントが働き力覚センサ101によってモーメントが計測される。ロボット1は、設定にしたがって、力覚センサ101により計測されたモーメントを0Nmとするようにロボット1の先端を回転させるように制御するものの、ロボット1の先端をマイナスZ方向に移動させる制御も継続されるためロボット1の先端は回転し続ける。本実施の形態では、ロボット1が許容回転角度を超えて回転し続けることのないように、演算器3は、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超えると動作停止指令をロボット1へ送信することにより、ロボット1を停止させる。
On the other hand, as will be described later, when the axis of the component is displaced, the
ステップS3の後、ロボット装置100は、ロボット1を、ロボット1がそれまで回転していた方向と反対方向に回転させる(ステップS4)。詳細には、回転制御部33は、ロボット1を、ロボット1がそれまで回転していた方向と反対方向に回転させることを指示する回転指令を生成し、送受信部31を介してロボットコントローラ2へ送信する。これにより、ロボットコントローラ2は、ロボット1を反対方向に回転させるよう制御する。
After step S3, the
ロボット装置100は、挿入部品501を挿入する作業が終了したか否かを判断し(ステップS5)、作業が終了した場合(ステップS5 Yes)、自動補正処理を終了する。作業が終了していない場合(ステップS5 No)、ロボット装置100は、ステップS4の処理を繰り返す。すなわち、ロボット装置100は、ロボット1を反対方向に回転させ続ける。挿入部品501を挿入する作業が終了したか否かの判断は、ロボットコントローラ2により行われる。具体的な判断の方法は、ロボットを用いた一般的な部品の挿入動作における終了の判断と同様である。例えば、ロボットコントローラ2は、力覚センサ101により計測された荷重およびモーメントが、一定時間以上変化しなくなり、かつ、力覚センサ101により計測された荷重がプラスZ方向である場合に、挿入部品501を挿入する作業の終了と判断する。なお、図4には図示していないが、ステップS2でNoとなりステップS1が繰り返されている間に、ロボットコントローラ2が、挿入部品501を挿入する作業が終了したと判断した場合にも、同様に、自動補正処理を終了する。この場合には、自動補正処理による補正が行われずに、すなわち部品の軸芯のズレが生じずに作業が終了したことになる。
The
以上説明したように、本実施の形態の自動補正方法は、ロボット1が挿入部品501を相手部品502へ挿入する作業を行うときに、力覚センサ101により計測された計測結果を用いて、挿入部品501の相手部品502への挿入方向と逆の方向に挿入部品501に荷重が生じるようにロボット1を制御する第1のステップを含む。さらに、本実施の形態の自動補正方法は、ロボット1の動作角度に基づいて、ロボット1の動作を制御する第2のステップを含む。
As described above, in the automatic correction method of the present embodiment, when the
なお、ロボット1の高さ方向すなわちZ方向の動作原点は、挿入部品501の下面、すなわち挿入部品501の相手部品502と接触する面の付近に設定することが望ましい。これにより、ロボット1は、挿入部品501の下面付近を中心に、X軸、Y軸、X軸のそれぞれの軸まわりに回転動作することができる。
It is desirable that the operating origin of the
次に、上述した自動補正処理を、部品の軸芯のズレの具体例を挙げて説明する。部品の軸芯のズレの要因は、それぞれの部品の加工ばらつき、ロボット1の位置の誤差、ロボット1の角度の誤差、室温変化等による相手部品取付台503の熱膨張など、原因は多岐にわたる。しかし、これらの原因で発生する部品の軸芯のズレは、次の2つに分類される。
(1)軸芯が平行にずれた場合
(2)軸芯が傾いた場合
Next, the above-mentioned automatic correction process will be described with reference to specific examples of misalignment of the shaft cores of the parts. There are various causes of misalignment of the axis of the parts, such as processing variation of each part, an error of the position of the
(1) When the shaft core is displaced in parallel (2) When the shaft core is tilted
図2に示した例では、上記の(1)は、挿入部品501の底面の中心と相手部品502の穴の中心がずれる場合に相当する。図2に示した例では、挿入部品501は、相手部品502の挿入部である穴に挿入される。挿入部品501の底面の中心を通り挿入部品501の高さ方向に延びる線を挿入部品501の軸芯とし、相手部品502の穴中心を通り相手部品502の高さ方向に延びる線を相手部品502の軸芯とする。なお、ここでは、各部品の高さ方向は、正しく挿入され各部品に誤差のない理想的な状態における挿入方向であるとする。
In the example shown in FIG. 2, the above (1) corresponds to the case where the center of the bottom surface of the
図2に示した例では、上記の(2)は、挿入部品501がX軸まわりに回転することにより、挿入部品501の軸芯が相手部品502の軸芯とずれることに相当する。
In the example shown in FIG. 2, the above (2) corresponds to the rotation of the
まず、上記(1)の軸芯が平行にずれた場合について図面を用いて説明する。図5から図8は、軸芯が平行にずれた場合の本実施の形態のロボット装置100の自動補正動作の一例を示す図である。まず、図5の左図に示すように、挿入部品501が相手部品502の上方に位置しており、挿入部品501が相手部品502に接触していない状態で、ロボット1は、下降すなわちマイナスZ方向への移動を開始する。これは、上述した通り、力覚センサ101にプラスZ方向に作用するようにロボット1を制御するように設定されており、力覚センサ101で計測される荷重が0Nであることから、ロボットコントローラ2が、ロボット1をマイナスZ方向へ移動させるように制御するためである。
First, the case where the axis of the above (1) is displaced in parallel will be described with reference to the drawings. 5 to 8 are diagrams showing an example of the automatic correction operation of the
ロボット1がそのまま下降の動作を続けると、軸芯が平行にずれているため、図5の右図に示すように、相手部品502と接触する。図5に示した例では、挿入部品501が相手部品502の穴より右側すなわちプラスY方向にずれているため、挿入部品501は、相手部品502の穴の右側の角部と接触する。このような接触602が生じると、挿入部品501は、中心より右側の接触箇所に反力を受けるため、X軸まわりモーメント+Mxが発生する。なお、X軸まわりのモーメントは、反時計まわりをプラスとする。これにより、ロボット1は、反時計まわりの回転方向601に回転する。すなわち、この例は、挿入方向はマイナスZ方向であり、挿入方向に直交する面内の軸であるX軸を回転軸としてロボット1の先端が回転する。
When the
ロボット1は、反時計まわりに回転することにより、図6の左図に示すように傾く。このとき、挿入部品501は、相手部品502の接触箇所で、傾いた方向と同じ方向である滑り方向603に滑る。挿入部品501が、滑り方向603に滑ることにより、図6の右図に示すように、挿入部品501の左側の角部が、相手部品502の穴の左側の側面と接触する。このような接触604が生じた状態では、挿入部品501の右側の角部は、相手部品502の、穴の右側の角部の上に載っており、挿入部品501の左側の角部は相手部品502の穴の左側の側面に接触している。このため、この時も、+Mxのモーメントが発生している。そのため、ロボット1は、モーメントを0Nmにする動作を行うが、下降動作も行っているため、図7の左図に示すように、さらに反時計方向に回転し続ける。
By rotating counterclockwise, the
一方、演算器3は、図4を用いて説明したように、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超えるかどうかを判断しているため、ロボット1が反時計方向に回転し続けて動作角度が許容回転角度を超えると、図4のステップS2でYesと判断され、ロボット装置100は、ロボット1の回転を停止させる。その後、図7の右図に示すように、図4のステップS4で述べた動作により、回転方向601と反対の方向である回転方向605にロボット1が回転する。
On the other hand, as described with reference to FIG. 4, the
これらの動作、すなわち、ロボット1を下降させ続けることにより挿入部品501を相手部品502に押し付けて回転させ許容回転角度を超えると反対側に回転させる動作を行うことで、図8の左図に示すように、挿入部品501の軸芯と相手部品502の軸芯が一致する。軸芯が一致するため、図8の右図に示すように、ロボット1が下降することにより、挿入部品501を相手部品502に挿入することができる。
These operations, that is, the operation of pressing the
次に、上記(2)の軸芯が傾いた場合について図面を用いて説明する。図9は、軸芯が傾いた場合の本実施の形態のロボット装置100の自動補正動作の一例を示す図である。図9の左図に示すように、図9では、挿入部品501の軸芯が反時計まわりの方向に傾いた例を示している。(1)の軸芯が平行にずれた場合と同様に、挿入部品501が相手部品502の上方に位置しており、挿入部品501が相手部品502に接触していない状態で、ロボット1は、下降を開始する。その後、図9の右図に示すように、挿入部品501の下面の右側の角部が、相手部品502の右側の角部と接触する。このような接触606が生じると、挿入部品501は、中心より右側の接触箇所に反力を受けるため、X軸まわりモーメント+Mxが発生する。これにより、ロボット1は、反時計まわりの回転方向601に回転する。その後の、動作は、図6、図7および図8に示した動作と同様である。
Next, the case where the shaft core of the above (2) is tilted will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram showing an example of an automatic correction operation of the
以上のように、(1)軸芯が平行にずれた場合、および(2)軸芯が傾いた場合のいずれの場合も、図4に示した自動補正処理により、軸芯のズレを補正して挿入部品501を相手部品502に挿入することができる。なお、図5から図9に示した例では、挿入部品501の軸芯が、相手部品502の軸芯に対して、X方向に平行にずれる例およびX軸まわりに回転する方向に傾く例を説明した。ロボット装置100の構成によっては、X方向に平行なズレとX軸まわりに回転する方向の傾きの替わりに、Y方向に平行なズレとY軸まわりに回転する方向の傾きが生じる場合がある。このような場合には、上述した説明のX軸をY軸に読み替えて、同様に、演算器3が、Y軸周りの動作角度が許容回転角度を超えた場合に、ロボット1を停止させた後に反対方向に回転させる制御を行えばよい。
As described above, in both cases (1) when the shaft cores are displaced in parallel and (2) when the shaft cores are tilted, the deviation of the shaft cores is corrected by the automatic correction process shown in FIG. The
また、ロボット1として垂直多関節ロボットを用いる場合、ロボット1の動作の自由度が高い。このため、挿入部品501の軸芯が相手部品502の軸芯に対して、X方向に平行なズレとX軸まわりに回転する方向の傾きに加え、さらにY軸方向に平行にずれたり、Y軸を中心に回転した方向に傾いたりすることも考えられる。このような場合には、Y軸まわりの動作角度についても許容回転角度を設定し、演算器3が、X軸と同様に、Y軸まわりの動作角度が許容回転角度を超えた場合に、ロボット1を停止させた後に反対方向に回転させる制御を行えばよい。この場合には、X軸、Y軸のそれぞれについて独立に上述した制御を独立して実施すればよい。X軸まわりの動作角度のみが許容回転角度を超えた場合にはX軸まわりに関して上述した動作が実施され、Y軸まわりの動作角度のみが許容回転角度を超えた場合にはY軸まわりに関して上述した動作が実施され、X軸まわりおよびY軸まわりの両方の動作角度が許容回転角度を超えた場合に、X軸まわりおよびY軸まわりの両方に関して上述した動作が実施される。
Further, when a vertical articulated robot is used as the
なお、以上の説明では、演算器3をロボットコントローラ2とは別に備える例を説明したが、ロボットコントローラ2が本実施の形態の演算器3の機能を有していてもよい。
In the above description, an example in which the
以上のように、本実施の形態では、ロボットコントローラ2が、ロボット1を、挿入方向に移動させつつモーメントが打ち消されるように制御する。そして、演算器3が、ロボット1の動作角度が許容回転角度を超えた場合に、ロボット1を、停止させ、その後に反対方向に回転させるように制御するようにした。このため、部品の面取り処理の有無にかかわらず部品の軸芯のズレを補正することができる。また、本実施の形態では、上述した動作により軸芯のズレを補正するため、部品の軸芯が平行にずれた場合だけでなく、軸芯が傾いた場合であっても、部品の軸芯のズレを補正することができる。
As described above, in the present embodiment, the
実施の形態2.
次に、本発明にかかる実施の形態2のロボット装置100の動作を説明する。本実施の形態のロボット装置100の構成は、実施の形態1と同様である。以下、実施の形態1と異なる点を主に説明し、実施の形態1と重複する説明を省略する。
Next, the operation of the
図10は、実施の形態2のロボット装置100の外観を模式的に示す図である。実施の形態1では、挿入部品501は、チャック103に挟まれた状態で上から下へ移動することにより、相手部品502に挿入される。すなわち、実施の形態1では、挿入部品501の挿入方向は鉛直方向であった。これに対し、本実施の形態では、挿入部品501は、図10に示すように、水平方向に移動することにより、相手部品502に挿入される。すなわち、実施の形態2では、挿入部品501の挿入方向は水平方向である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the appearance of the
図10に示した例のように、挿入部品501の挿入方向が水平方向である場合であっても、実施の形態1と同様の自動補正処理を実施することで、部品の軸芯のズレを補正することができる。具体的には、ロボットコントローラ2を、力覚センサ101で計測される荷重がプラスY方向の値となり力覚センサ101で計測されるモーメントが0Nmとなるようにロボット1を制御するように、設定しておく。ロボットコントローラ2は、実施の形態1のZ軸をY軸と読み替えた場合と同様の動作を行う。これにより、ロボットコントローラ2は、自動補正処理を開始すると、ロボット1をマイナスY方向に移動させる。部品の軸芯のズレにより挿入部品501と相手部品502が接触すると、ロボット1が回転を始める。ロボット1の動作角度が、許容回転角度を超えると、実施の形態1と同様に、演算器3が、ロボットコントローラ2を介して、ロボット1を、停止させその後に反対方向に回転させるように制御する。
As in the example shown in FIG. 10, even when the insertion direction of the
これにより、挿入部品501の挿入方向が水平方向であっても、実施の形態1と同様に、部品の面取り処理の有無にかかわらず部品の軸芯のズレを補正することができる。
As a result, even if the insertion direction of the
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、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。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 ロボット、2 ロボットコントローラ、3 演算器、11−1〜11−6 サーボモータ、21 動作制御部、22,31 送受信部、23 設定受付部、32 動作角度判定部、33 回転制御部、100 ロボット装置、101 力覚センサ、102 チャック駆動部、103 チャック、104 把持部、301〜303 接続ケーブル、501 挿入部品、502 相手部品、503 相手部品取付台。 1 Robot, 2 Robot controller, 3 Computer, 11-1 to 11-6 Servo motor, 21 Motion control unit, 22, 31 Transmission / reception unit, 23 Setting reception unit, 32 Operation angle determination unit, 33 Rotation control unit, 100 Robot Device, 101 force sensor, 102 chuck drive unit, 103 chuck, 104 grip unit, 301-303 connection cable, 501 insertion part, 502 mating part, 503 mating part mounting base.
Claims (3)
前記ロボットの先端に取り付けられる力覚センサと、
前記力覚センサに取り付けられ、第1部品を把持可能な把持部と、
前記ロボットが前記第1部品を第2部品へ挿入する作業を行うときに、前記力覚センサにより計測された計測結果を用いて、前記第1部品の前記第2部品への挿入方向と逆の方向に前記第1部品に荷重が生じるように前記ロボットを制御するロボットコントローラと、
前記挿入方向に直交する面内の軸を回転軸とする前記ロボットの先端の回転角度である動作角度に基づいて、前記ロボットの動作を制御する演算器と、
を備え、
前記演算器は、第1の方向を回転方向とする前記動作角度が許容回転角度を超えた場合に、前記ロボットを停止させ、前記ロボットを停止させた後に、前記ロボットの先端を第1の方向と逆まわりの方向に回転させるように前記ロボットを制御することを特徴とするロボット装置。 With a robot
A force sensor attached to the tip of the robot and
A grip portion that is attached to the force sensor and can grip the first component,
When the robot inserts the first component into the second component, the measurement result measured by the force sensor is used to reverse the direction in which the first component is inserted into the second component. A robot controller that controls the robot so that a load is generated on the first component in the direction,
An arithmetic unit that controls the operation of the robot based on the operation angle, which is the rotation angle of the tip of the robot, whose rotation axis is an axis in a plane orthogonal to the insertion direction.
With
When the operating angle with the first direction as the rotation direction exceeds the allowable rotation angle, the arithmetic unit stops the robot, stops the robot, and then sets the tip of the robot in the first direction. A robot device characterized in that the robot is controlled so as to rotate in the direction opposite to that of the robot.
前記ロボットが前記第1部品を第2部品へ挿入する作業を行うときに、前記力覚センサにより計測された計測結果を用いて、前記第1部品の前記第2部品への挿入方向と逆の方向に前記第1部品に荷重が生じるように前記ロボットを制御する第1のステップと、
前記挿入方向に直交する面内の軸を回転軸とする前記ロボットの先端の回転角度である動作角度に基づいて、前記ロボットの動作を制御する第2のステップと、
を含み、
前記第2のステップでは、第1の方向を回転方向とする前記動作角度が許容回転角度を超えた場合に、前記ロボットを停止させ、前記ロボットを停止させた後に、前記ロボットの先端を第1の方向と逆まわりの方向に回転させるように前記ロボットを制御することを特徴とする自動補正方法。 The axis and the first of the first component in a robot device including a robot, a force sensor attached to the tip of the robot, and a grip portion attached to the force sensor and capable of gripping the first component. It is an automatic correction method that corrects the deviation from the axis of the second part into which the part is inserted.
When the robot inserts the first component into the second component, the measurement result measured by the force sensor is used to reverse the direction in which the first component is inserted into the second component. A first step of controlling the robot so that a load is generated on the first component in the direction,
A second step of controlling the operation of the robot based on an operation angle which is a rotation angle of the tip of the robot whose rotation axis is an axis in a plane orthogonal to the insertion direction.
Including
In the second step, when the operating angle with the first direction as the rotation direction exceeds the allowable rotation angle, the robot is stopped, the robot is stopped, and then the tip of the robot is first. An automatic correction method characterized in that the robot is controlled so as to rotate in a direction opposite to that of.
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