JP3601279B2 - 部品組付装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品組付装置に関し、特に、少ない情報で、最適な動作により、組付部品を被組付部品に組み付けることができるようにした、部品組付装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、工場では、生産ラインを自動化するために、組付部品を被組付部品に、順次、自動的に組み付ける組付作業ロボットが、幅広く使用されるようになっている。
図28は、そのような従来の組付作業ロボットを概略的に示す斜視図である。
【0003】
この組付作業ロボット101は、6軸方向に移動可能な可動部102と、可動部102を制御する制御手段(一般に、ロボットコントローラと言われている。以下、単に、制御手段という)103とを備える。
可動部102と制御手段103との間は、信号線L1により接続されており、信号線L1を介して、可動部102と制御手段103との間で、信号のやりとりができるようにしている。
【0004】
可動部102は、アーム部104、アーム部104の先端に回転可能に設けられた手首部105、及び、手首部105に設けられた把持部106を備える。
従来の組付作業ロボット101は、その可動部102の位置や姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けられるように、把持部106や、アーム部104と手首部105との間等に、多数のセンサ(図示せず)を取り付けたり、また、必要により、組付作業ロボット101の位置及び姿勢を監視するためのカメラ等の視覚認識装置(図示せず)を取り付けたりしている。
【0005】
そして、従来、組付作業ロボット101は、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける際には、制御手段103に記憶されている運転プログラムにしたがって、アーム部104、手首部105及び把持部106のいずれかに於いて、その位置及び姿勢を変化させる毎に、センサ(図示せず)が検知した情報や、場合によっては、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)が認識した情報を、制御手段103に送るようにしている、そして、制御手段103で、運転プログラムにより、センサ(図示せず)が検知した情報や、視覚認識装置(図示せず)が認識した情報を判定しながら、例えば、被組付部品P2を把持部106により把持して、作業台等の組付治具W上に、被組付部品P2を載置し、その後、組付部品P1を把持部106により把持して、組付治具W上に載置された被組付部品P2に組付部品P1を組み付けるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような組付作業ロボット101では、作業を正確に行わせるためや、また、作業が複雑になるにつれ、アーム部104、手首部105、把持部106等に、多数のセンサを設け、多数のセンサの検出値や、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)が認識した情報の中から特定の情報を抜き出したりして、アーム部104、手首部105、把持部106等が正確に動くように、複雑な運転プログラムを作成する必要があり、組付作業ロボット101の構造が複雑化する。のみならず、複雑なプログラムを処理する必要から、組付作業ロボット101の動作が遅くなったり、組付部品の変更等によって、運転プログラムを修正するのにも時間がかかり、しかも、そのような修正には、高度且つ専門的な知識が必要となるといった問題がある。
【0007】
更には、従来は、アーム部104、手首部105、把持部106等の位置や姿勢を変更する度に、センサが検知した情報や、場合によっては、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)が認識した情報を、一々、制御手段102に送り、制御手段102で判定するようにしているため、運転プログラムが複雑且つその情報が大型化し、これに伴って、情報処理に時間がかかり、その結果、組付作業ロボット101の動作が遅くなるという問題もある。
【0008】
また、組付作業ロボット101では、作業を正確に行わせるために、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)を併用した場合には、視覚認識装置(図示せず)が撮像した画像を解析したり、そこから必要な情報を取り出すために、複雑な処理を行わなければならず、常に、視覚認識装置(図示せず)が検出した情報に基づいて、組付作業ロボット101の位置及び姿勢を制御するようにすると、膨大な情報の整理に時間がかかり、このようなことによっても、組付作業ロボット101の作業動作が遅くなるという問題もある。
【0009】
また、センサ(図示せず)の検知する情報に、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)を併用しても、カメラ等の視覚認識装置(図示せず)では、被写体(この例では、組付部品P1及び被組付部品P2)の2次元情報が得られるだけで、被写体の視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、被写体の奥行きに関する情報は得られないため、制御プログラムが複雑になる割には、組付作業ロボット101の位置及び姿勢を、2次元情報に基づいて制御しているに過ぎず、目的とする位置や姿勢にすることができないといった問題もある。
【0010】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、センサを特に増やしたりすることなく、少ない情報に基づいて、最適な動作により、組付部品を被組付部品に組み付けることができるようにした、部品組付装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決するためには、組付作業ロボットの可動部側にセンサを設けるだけでは足りず、組付治具側に、センサを設け、組付治具上に載置された被組付部品への組付部品の接触状態を検出するようにすれば、少ない検出情報であっても、それを基にして、最適な動作により、組付部品を被組付部品に組み付けることができるようになるのではないか、と考えるに至り、鋭意、努力した結果、本発明を完成するに至った。
【0012】
即ち、請求項1に記載の部品組付装置は、組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、順次、組み付けるロボット手段と、組付部品と被組付部品の位置および姿勢を認識するために設けられた視覚認識装置と、組付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置とを備える部品組付装置であって、視覚認識装置により、組付部品と、組付治具上に載置された被組付部品の位置及び姿勢を認識する認識ステップと、認識ステップにおいて、視覚認識装置によって認識された組付部品と被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、被組付部品を組付部品に接触させる接触ステップと、接触ステップにおいて、被組付部品が組付部品に接触した時の接触状態を、6軸力覚検出装置を用いて検出する6軸力覚検出ステップと、6軸力覚検出ステップにおいて、6軸力覚検出装置により検出された検出値に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態を判別する接触状態判別ステップと、接触状態判別ステップにおける、組付部品と被組付部品との接触状態の判別結果に応じて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御するロボット手段制御ステップと、ロボット手段制御ステップにより、組付部品と被組付部品との接触状態を組み付けに最適な接触状態にする接触状態最適化ステップと、接触状態最適化ステップにより、組付部品と被組付部品とが最適な接触状態になった後、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップとを備え、組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、自動的に、組み付ける構成とされ、ロボット手段は、ロボット手段を複数の動作パターンに動作させる制御手段を備え、制御手段には、6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値と、複数の設定値の各々に対応するように設けられ、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する複数の動作パターンと、複数の設定値の各々に対応するように設けられ、複数の設定値の中、最適値とした設定値から複数の値の各々までのユークリッドの距離とを備える制御テーブルが記憶されており、接触状態判別ステップが、6軸力覚検出装置が、6軸力覚検出ステップにおいて、組付部品が被組付部品に接触した時に実際に検出した検出値から、制御テーブルに記憶させた複数の設定値の中、最適値とした設定値までのユークリッドの距離を求める距離算出ステップと、距離算出ステップにおいて算出されたユークリッドの距離と、制御テーブルに記憶させたユークリッドの距離とを対比して、制御テーブルに記憶させたユークリッドの距離の各々の中、その差分が最も小さい値となるユークリッドの距離に対応する動作パターンを選択する選択ステップとを備え、接触状態最適化ステップにおいて、接触状態判別ステップで選択された動作パターンにしたがって、ロボット手段の位置及び姿勢を制御するようにしたことを特徴とする。
【0013】
ここで、本明細書で用いる用語「ロボット手段」は、通常、産業用ロボットとして使用されている従来公知のロボット手段を意味し、より詳しく説明すると、可動部、可動部の位置及び姿勢を制御する制御手段、可動部に取り付けられたセンサ、及び、場合によっては、可動部を監視するカメラ等の視覚認識手段を備え、制御手段には、運転プログラムが記憶され、制御手段で、センサ、及び、場合によっては、視覚認識手段から得られる情報を、判定し、運転プログラムによって、学習により、可動部を教示点に、移動させることで、所定の動作を行わせる装置を意味する。
【0014】
また、「6軸力覚検出装置」は、例えば、歪ゲージ等の歪検出手段により、6自由度の外力(3軸方向の各々の力と、3軸の各々の軸まわりのモーメント)を検出する力覚センサを意味する。
この部品組付装置では、ロボット手段側ではなく、組付治具に6軸力覚検出装置を設けている。組付治具に載置された被組付部品に組付部品が接触すると、これによって生じる力学的な変化は、組付治具に伝わり、6軸力覚検出装置へと伝わる。したがって、この部品組付装置では、センサをロボット手段側にだけ設けた部品組付装置では検出できなかった、組付部品と被組付部品との接触状態を、リアルタイムに直接的に知ることができる。これにより、組付部品と被組付部品との接触状態に応じて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けを効率良く行うことができるようになる。
【0015】
また、視覚認識装置によって認識された組付部品と被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置によらず、組付治具に設けた6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、組付部品の被組付部品への組み付けを行っているので、従来の視覚認識装置では検出できなかった、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報を得ることができる。したがって、2次元情報では無く、3次元情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより正確に行うことができる。
【0016】
更に、この部品組付装置では、被組付部品に組付部品を接触させた後は、組付治具に設けた6軸力覚検出装置により、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報といった、視覚認識装置が検出することができる情報以上の情報を検出できるので、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置の検出情報の解析が不要となる。これにより、少ない情報処理に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品の被組付部品への組み付けができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。
【0017】
また、この部品組付装置では、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けるようにしているので、組付部品を被組付部品に組み付ける際の、ロボット手段の位置及び姿勢を制御は、ルーチンの制御を行えば十分であるため、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムは、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する教示点を、選択される動作パターン毎に設けるといったような簡単な運転プログラムとすることができる。このように、この部品組付装置では、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムを簡単なものにできるので、これに伴って、情報処理の時間も短くてすみ、その結果、組付作業ロボットの動作が速くなり、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。また、運転プログラムの修正も簡単に行える。
その上、状態判別ステップにおいて、ユークリッドの距離に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態を判別できるようにしているので、制御手段に於ける計算量が少なくて済む。これにより、部品組付装置の動作が速くなり、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。
【0018】
請求項2に記載の部品組付装置は、接触状態判別ステップにおいて、組付部品と被組付部品との接触状態の誤判定を防止できる部品組付装置を提案するものであって、請求項1に記載の部品組付装置の、6軸力覚検出ステップが、組付部品を被組付部品を接触させた状態に一定時間保持するステップと、一定時間に於ける6軸力覚検出装置が検出した検出値を6成分の各々について平均値を求める平均値計測ステップとを備え、接触状態判別ステップにおいて、平均値計測ステップで求めた、一定時間に於ける6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の平均値を、6軸力覚検出装置が検出した検出値として用いるようにした。
【0019】
6軸力覚検出装置により検出される検出値は、経時的に変動しているので、一回のサンプリングでは、計測誤差が大きい。これに対し、この部品組付装置は、接触状態判別ステップにおいて、平均値計測ステップで求めた、一定時間に於ける6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の平均値を、6軸力覚検出装置が検出した検出値として用いるようにしているので、接触状態判別ステップにおいて、組付部品と被組付部品との接触状態を正確に判定することができる。
【0020】
請求項3に記載の部品組付装置は、組付部品と被組付部品との接触状態を、組み付けに最適な接触状態になるように修正できるようにした部品組付装置を提案するもので、請求項1又は請求項2に記載の部品組付装置の、接触状態最適化ステップが、組付部品と被組付部品との接触状態が、組み付けに最適な接触状態になるまで、6軸力覚検出ステップ、接触状態判別ステップ及びロボット手段制御ステップを繰り返して行うことを特徴としている。
【0021】
この部品組付装置では、6軸力覚検出ステップ、接触状態判別ステップ及びロボット手段制御ステップを繰り返して行うようにしているので、ロボット手段の位置及び姿勢の変更を少しずつ行うように設定することで、組付部品と被組付部品との接触状態を、より一層、組み付けに最適な接触状態にすることができる。
【0022】
請求項4に記載の部品組付装置は、組付ステップに要する時間を短縮できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項1〜3のいずれかに記載の部品組付装置の、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の中、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、最新に選択された動作パターンを複数回記憶し、記憶された複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値を最適値に変更するようにした。
【0023】
この部品組付装置では、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、初期値(デフォルト値)を、記憶した最新の複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更しているので、最適値を、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更した後においては、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力する頻度が少なくなる。これにより、組付ステップにおいて、殆どの場合は、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力することなく、初期値(デフォルト値)で、ロボット手段の位置及び姿勢を制御することができるようになるため、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力しなくてよくなった分だけ、組付ステップに要する時間を短縮できる。
【0024】
請求項5に記載の部品組付装置は、組付部品と被組付部品との接触状態の誤判定を防止できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項1〜4のいずれかに記載の部品組付装置の、制御手段の制御テーブルに記憶させた6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の各々が、接触ステップにおいて、組付部品と被組付部品とを同じ状態で、複数回、接触させた時に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の平均値であることを特徴としている。
【0025】
ユークリッドの距離は、一回の計測データからでも求めることができるので、一回だけの計測データに基づいて、制御手段の制御テーブルに記憶させた6軸力覚検出装置の検出値を設定値として、6軸力覚検出装置の検出値中、最適値とした設定値から、最適値とした設定値以外の設定値までのユークリッドの距離の各々を制御テーブルに記憶させることは可能である。
【0026】
しかしながら、組付部品と被組付部品とを同じ状態で接触させても、一回だけのデータでは、6軸力覚検出装置が検出した検出値には、ノイズ等の外乱が重畳している場合があり、一回だけのデータに基づいて、制御手段の制御テーブルに記憶させる、6軸力覚検出装置の設定値を決めると、設定値がおかしいために、常に、組付部品と被組付部品との接触状態を誤判定するという虞れがある。これに対して、この部品組付装置は、制御手段の制御テーブルに記憶させる、6軸力覚検出装置の設定値を、組付部品と被組付部品とを同じ状態で、複数回、接触させた検出値の平均値としているので、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、この部品組付装置では、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出装置が検出した検出値を、精度の高い設定値と比較しているので、組付部品と被組付部品との接触状態を正確に判定することができる。
【0027】
請求項6に記載の部品組付装置は、組付部品と被組付部品との接触状態をより正確に判定できるようにした部品組付装置を提案するものであり、組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、順次、組み付けるロボット手段と、組付部品と被組付部品の位置および姿勢を認識するために設けられた視覚認識装置と、組付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置とを備える部品組付装置であって、視覚認識装置により、組付部品と、組付治具上に載置された被組付部品の位置及び姿勢を認識する認識ステップと、認識ステップにおいて、視覚認識装置によって認識された組付部品と被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、被組付部品を組付部品に接触させる接触ステップと、接触ステップにおいて、被組付部品が組付部品に接触した時の接触状態を、6軸力覚検出装置を用いて検出する6軸力覚検出ステップと、6軸力覚検出ステップにおいて、6軸力覚検出装置により検出された検出値に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態を判別する接触状態判別ステップと、接触状態判別ステップにおける、組付部品と被組付部品との接触状態の判別結果に応じて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御するロボット手段制御ステップと、ロボット手段制御ステップにより、組付部品と被組付部品との接触状態を組み付けに最適な接触状態にする接触状態最適化ステップと、接触状態最適化ステップにより、組付部品と被組付部品とが最適な接触状態になった後、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップとを備え、組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、自動的に、組み付ける構成とされ、ロボット手段は、ロボット手段を複数の動作パターンに動作させる制御手段を備え、制御手段には、6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値と、複数の設定値の各々に対応するように設けられ、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する複数の動作パターンと、複数の設定値の各々に対応するように設けられ、複数の設定値の中、最適値とした設定値から複数の値の各々までのマハラノビスの汎距離とを備える制御テーブルが記憶されており、接触状態判別ステップが、6軸力覚検出装置が、6軸力覚検出ステップにおいて、組付部品が被組付部品に接触した時に実際に検出した検出値から、制御テーブルに記憶させた複数の設定値の中、最適値とした設定値までのマハラノビスの汎距離を求める距離算出ステップと、距離算出ステップにおいて算出されたマハラノビスの汎距離と、制御テーブルに記憶させたマハラノビスの汎距離とを対比して、制御テーブルに記憶させたマハラノビスの汎距離の各々の中、その差分が最も小さい値となるマハラノビスの汎距離に対応する動作パターンを選択する選択ステップとを備え、接触状態最適化ステップにおいて、接触状態判別ステップで選択された動作パターンにしたがって、ロボット手段の位置及び姿勢を制御するようにした。
【0028】
この部品組付装置では、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出ステップにおいて、ユークリッドの距離ではなく、データのばらつきをも考慮した、マハラノビスの汎距離を用い、ばらつきを考慮した判定を行っているので、組付部品と被組付部品との接触状態をより正確に判定できる。請求項7に記載の部品組付装置は、組付部品と被組付部品との接触状態をより正確に判定し、且つ、組付ステップに要する時間を短縮できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項6に記載の部品組付装置の、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の中、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、最新に選択された動作パターンを複数回記憶し、記憶された複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値を最適値に変更するようにした。
【0029】
この部品組付装置では、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、初期値(デフォルト値)を、記憶した最新の複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更しているので、最適値を、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更した後においては、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力する頻度が少なくなる。これにより、組付ステップにおいて、殆どの場合は、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力することなく、初期値(デフォルト値)で、ロボット手段の位置及び姿勢を制御することができるようになるため、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力しなくてよくなった分だけ、組付ステップに要する時間を短縮できる。
【0030】
請求項8に記載の部品組付装置は、組付部品を被組付部品に組み付ける際のロボット手段の組付軌跡の修正を容易にできるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項1〜7のいずれかに記載の部品組付装置の、6軸力覚検出装置の座標軸と、ロボット手段が、組付部品を組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とを一致させるようにした。
【0031】
この部品組付装置では、6軸力覚検出装置の座標軸と、ロボット手段が、組付部品を組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とが一致するように設定しているので、組付ステップにおいて、ロボット手段の位置及び姿勢を3次元に動かすのではなく、3次元を規定する3軸の中、6軸力覚検出装置の座標軸と、ロボット手段の位置及び姿勢を、組付部品を組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とが一致する軸と、他の2軸の中の1軸との2次元関係だけを規定して制御するだけで、組付部品を、組み付け前の初期位置から、組み付け後の目的位置に動かすことができる。このように、この部品組付装置では、組付中の組付部品と被組付部品との位置関係と、6軸力覚検出装置の検出値との関係が簡単な2次元関係になっている。このため、組付ステップにおいて、ロボット手段の組付軌跡の修正をする際には、ロボット手段位置及び姿勢を規定する2軸の中の、ロボット手段の、組付部品を被組付部品に組み付ける組付方向に一致する軸以外の他の一軸の教示点を修正するだけでよいので、組付部品を被組付部品に組み付ける際のロボット手段の組付軌跡の修正を容易に行うことができる。
【0032】
請求項9に記載の部品組付装置は、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップを、より最適化できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項1〜8のいずれかに記載の部品組付装置の、組付ステップ中のある所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付ステップの所定の工程において、組付部品と被組付部品との接触状態が、組付ステップの所定の工程に於ける組み付けに最適な接触状態にする部品組付状態最適化ステップを更に備える。
【0033】
この部品組付装置では、組付ステップ中のある所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態が、組付ステップの所定の工程に於ける組み付けに最適な接触状態にしているので、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップを、より最適化できる。請求項10に記載の部品組付装置は、信頼性の高い、部品組付状態最適化ステップを構築できる部品組付装置を提案するもので、請求項9に記載の部品組付装置の、ロボット手段は、制御手段の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点に基づいて、実行するようにされており、部品組付状態最適化ステップを、組付ステップの所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、組付ステップの所定の工程の教示点を修正するようにした。
【0034】
この部品組付装置では、6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、組付ステップの所定の工程の教示点を修正するようにし、前回の組付ステップの検証を、次の組付ステップに生かしているので、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0035】
請求項11に記載の部品組付装置は、作業を継続しながら信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築できる部品組付装置を提案するものであり、請求項9に記載の部品組付装置の、ロボット手段は、制御手段の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点に基づいて、実行するようにされており、部品組付状態最適化ステップを、組付ステップの所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、組付ステップの所定の工程における教示点を修正し、修正された教示点により、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、6軸力覚検出装置が検出した検出値が所定の設定値になった後に、組付ステップの所定の工程を行うようにした。
【0036】
この部品組付装置では、組付ステップの所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値が設定値と異なっている場合には、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、所定の工程における、ロボット手段の教示点を変更し、変更後の教示点に従ってロボット手段の位置及び姿勢を制御した後、6軸力覚検出装置が検出した検出値と設定値とを比較して、検出値と設定値とが一致すれば、組付ステップの所定の工程を行うようにしているので、作業を継続しながら、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0037】
請求項12に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、少ない計算で判定できるようにした部品組付装置を提案するものであって、請求項1〜11のいずれかに記載の部品組付装置の、ロボット手段の制御手段に、予め、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化を記憶させておき、組付部品の被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度を評価することによって行うようにした。
【0038】
組付部品の被組付部品への組み付けが成功したかあるいは失敗したかは、取付治具に取り付けた6軸力覚検出装置の6軸の検出値の全てに表れる。
この部品組付装置では、このことを利用して、6軸力覚検出装置の検出値を6軸の全てについて見るのではなく、6軸力覚検出装置の検出値の任意の一軸成分に着目し、ロボット手段の制御手段に、予め、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化を記憶させておき、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の6軸の検出値の中から、対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化とを対比して、相関度を評価することで、失敗か成功かを判定するようにしているので、6軸成分の全てについて、相関度を評価する場合に比べ、少ない計算量で、正確に、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、判定できる。
【0039】
請求項13に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に、判定できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項12に記載の部品組付装置の、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させる、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化が、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値を複数回取り、複数回の検出値の平均値であることを特徴としている。
【0040】
組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化は、一回だけのデータでは、6軸力覚検出装置が検出した検出値には、ノイズ等の外乱が重畳している場合があり、一回だけのデータに基づいて、制御手段の制御テーブルに、6軸力覚検出装置の一軸の変化の、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の設定値を、記憶させると、設定値がおかしいために、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを、常に、誤判定するという虞れがある。これに対して、この部品組付装置では、制御手段の制御テーブルに記憶させる、6軸力覚検出装置の一軸の変化の、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の設定値を、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値を複数回取り、複数回の検出値の平均値としているので、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、この部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化を、制御手段に記憶させた、精度の高い、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の設定値と比較しているので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを正確に判定することができる。
【0041】
請求項14に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを正確に判定することができるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項12又は請求項13に記載の部品組付装置を用いて、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、比較区間を限定して行うようにした。
【0042】
比較区間は、時間単位である。
取付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置が検出する検出値の各軸に表れる経時的な変化には、変化量の大きい所と、小さい所とがある。
変化量の小さい所で、制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置が検出した一軸の変化と、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化とを比較すると、この部分では、ノイズの影響が大きいため、変化量の小さい所で、相関度を評価しても、評価を正しく行うことができない。組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定は、組み付け作業開始から組み付け作業終了までの全体について、制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置が検出した一軸の変化と、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化とを比較するより、比較区間を限定して、変化量の大きいところ同士で、比較を行うようにした方が、正確に行える。
【0043】
この部品組付装置では、比較区間を限定して、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を行っているので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定が、正確に行える。請求項15に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定をリアルタイムで行えるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項14に記載の部品組付装置の、比較区間を時間と共に移動させるようにした。
【0044】
この部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置からの一軸の検出値として制御手段に記憶させた一軸の変化と、組付部品を被組付部品へ組付ける組み付け作業の開始から作業の終了までに、6軸力覚検出装置からの一軸の検出値とを、比較区間を時間と共に移動させるようにしているので、組付部品の被組付部品への組付中において、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定が可能となる。また、これにより、組付部品の被組付部品への組付けが失敗した場合には、組付ステップのどの工程において、不具合があったかを、容易に特定できるので、組付ステップにおけるロボット手段の組付軌跡の修正が容易に行える。
【0045】
請求項16に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を正確に行えるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項14又は請求項15に記載の部品組付装置の、比較区間の幅を、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化の波形によって変化させるようにした。
【0046】
取付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置が検出する検出値の各軸に表れる経時的な変化には、変化量の大きい所と、小さい所とがある。
変化量の大きい所と小さい所で、比較区間の幅を同じとして、制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置が検出した一軸の変化と、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化とを比較して、相関度を評価しても、評価を正しく行うことができない。
【0047】
例えば、変化量の小さい所で、比較区間の幅を短く設定すると、ノイズ等の外乱により、相関度の正しい評価が行えない一方、比較区間の幅を長く設定すると、ノイズ等の外乱が、比較区間の幅により相殺され、相関度の評価を正しく行える。
また、変化量の大きい所で、比較区間の幅を長く設定すると、変化量の大きい所の情報が、比較区間の幅により相殺され、相関度の評価を正しく行える一方、比較区間の幅を短く設定すると、変化量の大きい所同士が対比されることで、相関度の評価を正しく行える。
【0048】
この部品組付装置では、比較区間は、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化の波形によって変化させるようにしたので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を正確に行える。請求項17に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、正確且つ容易に行えるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項12〜16のいずれかに記載の部品組付装置の、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値以下となった時点で、失敗と判定するようにした。
【0049】
組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化の波形にはある範囲があるので、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化を組付作業の開始から終了まですべてついて監視しなくても、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化と、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、ある値をはずれれば、必ず、組付部品の被組付部品への組み付けが失敗したと判定することができる。
【0050】
この部品組付装置では、この原理を利用して、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値以下となった時点で、失敗と判定するようにしたので、組付部品の被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、正確且つ容易に行える。
【0051】
請求項18に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、実際の組付け作業に対応するように、正確且つ容易に行えるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項12〜16のいずれかに記載の部品組付装置の、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値にある値を掛けた値以下となった時点で、失敗と判定するようにした。
【0052】
請求項17に記載の部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値に基づいているため、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか否かの判定は、一義的に定まってしまう。一方、組付部品の被組付部品への組み付けは、組付部品及び/又は被組付部品へ少々の無理な力が加わっても、例えば、機械的な破壊が生じない範囲であれば、成功と判断しても何等問題が無い場合がある。
【0053】
この部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値にある値を加減乗除した値をしきい値としているので、この部品組付装置を実際的な使用にあうように設定することができる。請求項19に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを実際面を考慮して正確に判定できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項12〜18のいずれかに記載の部品組付装置の、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相互相関関数値によって評価するようにした。
【0054】
請求項20に記載の部品組付装置は、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを正確に判定できるようにした部品組付装置を提案するものであり、請求項13〜19のいずれかに記載の部品組付装置の、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関係数の値によって評価するようにした。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る部品組付装置の好ましい例について、図面を参照しながら、更に、詳しく説明する。
図1は、本発明に係る部品組付装置の一例を概略的に示す斜視図である。
この部品組付装置1は、6軸方向に移動可能な可動部2と、可動部2を制御する制御手段(ロボットコントローラ)3とを備える。
【0056】
可動部2と制御手段3との間は、信号線L1により接続されており、信号線L1を介して、可動部2と制御手段3との間で、信号のやりとりができるようにしてある。
可動部2は、アーム部4、アーム部4の先端に回転可能に設けられた手首部5、及び、手首部5に設けられた把持部6を備える。
【0057】
可動部2には、可動部2の位置や姿勢を制御するためのセンサ(図示せず)が取り付けられている。
また、この部品組付装置1は、CCDカメラ等の視覚認識手段7を備える。
視覚認識手段7は、信号線L2を介して、画像解析装置9に接続され、画像解析装置9は、信号線L3を介して、制御手段3に接続されている。
【0058】
そして、可動部2に設けられたセンサ(図示せず)や、視覚認識手段7が検知した情報が、制御手段3に送られるようになっている。
制御手段3には、運転プログラムが、記憶されている。
そして、この部品組付装置1は、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける際には、制御手段3に記憶されている運転プログラムにしたがって、例えば、被組付部品P2を把持部6により把持して、作業台等の組付治具W上に、被組付部品P2を載置し、その後、組付部品P1を把持部6により把持して、組付治具W上に載置された被組付部品P2に組付部品P1を、順次、自動的に、組み付けるようにするようにされている。
【0059】
尚、図1中、11で示す部材装置は、組付部品P1を組付治具W上にしっかりと固定するために、必要により設けられる、被組付部品固定装置であって、被組付部品固定装置11、11は、油圧手段などにより、上下方向に同期して移動可能にされている。
以上の構成は、図28に示した組付作業ロボット101と同様であるが、この部品組付装置1は、新らたに、組付治具Wに、6軸力覚検出装置(この例では、ニッタ株式会社製の6軸力覚検出装置)8を取り付けている。
【0060】
この例では、6軸力覚検出装置8は、組付治具Wの背面に固定的に取り付けられており、組付治具W上で起こった力学的な変化を、組付治具Wを介して、検出できるようになっている。
この部品組付装置1では、ロボット手段、より特定的には、可動部2側ではなく、組付治具Wに6軸力覚検出装置8を設けている。組付治具Wに載置された被組付部品P2に組付部品P1が接触すると、組付部品P1と被組付部品P2が接触することによって生じる力学的な変化は、組付治具Wに伝わり、6軸力覚検出装置8へと伝わる。したがって、この部品組付装置1では、センサをロボット手段、より特定的には、可動部102側にだけ設けた組付作業ロボット101では検出できなかった、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を、リアルタイムに直接的に知ることができる。これにより、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態に応じて、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けを効率良く行うことができるようになる。
【0061】
また、視覚認識装置7によって認識された組付部品P1と被組付部品P2の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、被組付部品P2に組付部品P1を接触させた後は、視覚認識装置7によらず、組付治具Wに設けた6軸力覚検出装置8が検出した検出値に基づいて、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けを行っているので、従来の視覚認識装置7では検出できなかった、組付部品P1及び被組付部品P2の、視覚認識装置7からは見えない側の情報や、組付部品P1及び被組付部品P2の奥行きに関する情報を得ることができるので、2次元情報では無く、3次元情報に基づいて、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けることができるので、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けをより正確に行うことができる。
【0062】
更に、この部品組付装置1では、被組付部品P2に組付部品P1を接触させた後は、組付治具Wに設けた6軸力覚検出装置8により、組付部品P1及び被組付部品P2の、視覚認識装置7からは見えない側の情報や、組付部品P1及び被組付部品P2の奥行きに関する情報といった、視覚認識装置7が検出することができる情報以上の情報を検出できるので、被組付部品P2に組付部品P1を接触させた後は、視覚認識装置7の検出情報の解析が不要となる。これにより、少ない情報処理に基づいて、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けができるので、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けをより速く行うことができる。
【0063】
また、この部品組付装置1では、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けるようにしているので、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける際の、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御は、ルーチンの制御を行えば十分であるため、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御する運転プログラムは、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御する教示点を、選択される動作パターン毎に設けるといったような簡単な運転プログラムとすることができる。このように、この部品組付装置1では、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御する運転プログラムを簡単なものとすることができるので、これに伴って、情報処理の時間も短くてすむ。その結果、部品組付装置1の可動部2の動作が速くなり、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けをより速く行うことができる。また、運転プログラムの修正も簡単に行える。
【0064】
尚、6軸力覚検出装置8は、信号線L4を介して、6軸力覚解析演算装置10に接続され、6軸力覚解析演算装置10は、信号線L5を介して、制御手段3に接続されている。そして、6軸力覚検出装置8が検出した検出値は、6軸力覚解析演算装置10で、3軸(この例では、X軸、Y軸、Z軸)の力(この例では、Fx、Fy、Fz)と、3軸の各々の軸まわりモーメント(この例では、Mx、My、Mz)とに分解され、分解された3軸の力と、3軸の各々の軸まわりモーメントの各々が制御手段3に送られるようになっている。
【0065】
更に、この部品組付装置1では、6軸力覚検出装置8の3軸の任意の軸方向と、可動部2の被組付部品P2への組付部品P1の組付方向とを一致させるようにしている。
この例では、図2に示すように、6軸力覚検出装置8の3軸のY軸方向と、可動部2の被組付部品P2への組付部品P1の組付方向とを一致させるようにしている(図2中の曲がった矢印を参照)。
【0066】
このことを更に詳しく説明すると、6軸力覚検出装置8の3軸を、視覚認識手段7が被写体(この例では、組付部品P1及び被組付部品P2)を撮像する方向をY軸方向に、Y軸方向に水平方向に直交する方向をX軸に、又、Y軸方向に垂直方向に直交する方向をZ軸にし、組付部品P1の視覚認識手段7に近い側e1を、まず、被組付部品P2に接触させて、その後、組付部品P1の視覚認識手段7に近い側e2を、被組付部品P2に接触させて、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けて、組付部品P1の組付方向を、6軸力覚検出装置の3軸のY軸方向に一致させるようにしてある。即ち、この例では、組付部品P1の視覚認識手段7に近い側e1を、被組付部品P2の正しい位置に接触させると、後は、Y−Z面で規定される面に設けた教示点に従って、可動部2の位置及び姿勢を制御すると、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けることができるようにしてある。
【0067】
以下の実施例では、説明を容易とするため、組付部品P1及び被組付部品P2を、より具体的な例にして、説明する。
図3は、この部品組付装置1を用いて組み付けられる製品Pを例示的に示す分解斜視図である。
この製品Pは、組付部品P1として、樹脂ケース体P1aに、押しスイッチP1bが設けられた電装品を用いられ、被組付部品P2として、組付部品P1を取り付けるフレーム体が用いられ、被組付部品P2に設けられた嵌合孔h、・・・、hに、3個の組付部品P1の組み付けた後、3個の組付部品P1の押しスイッチP1bの各々に対応して化粧スイッチ部P3、P3、P3を組み付けるようにした、スイッチ装置を示している。
【0068】
図4は、図3に示す製品P中、部品組付装置1を用いて組み付けられる組付部品P1と被組付部品P2とを、この部品組付装置1の取付治具W付近を中心に概略的に示す、分解斜視図である。
図4中、X軸、Y軸及びZ軸の各々は、6軸力覚検出装置の3軸を示している。
【0069】
また、図5は、部品組付装置1を用いて、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける工程を概略的に説明する工程図である。
この例では、部品組付装置1を用いて、図5(a)に示す工程において、組付部品P1の一方の側面に設けられた一対の爪(図4中に示す一対の爪n1、n1)を、被組付部品P2の一対の嵌合孔(図4中に示す一対の嵌合孔h1、h1)に接触させる(この例では、この時の可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点をAとする)。
【0070】
その後、図5(b)に示す工程において、一対の爪n1、n1を被組付部品P2の一対の嵌合孔h1、h1に押し込む(この例では、この時の可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点をBとする)。
そして、最後に、組付部品P1の他方の側面に設けられた一対の爪(図3中に示す一対の爪n2、n2)を、被組付部品P2の一対の嵌合孔(図4中に示す一対の嵌合孔h2、h2)に嵌合させて(この例では、この時の可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点をCとする)、被組付部品P2に組付部品P1を、順次、自動的に、組み付けるようにしている(図5(c)を参照)。
【0071】
この例では、被組付部品の組付け方向は、Y軸の一致させてあり、図5(a)に示す工程において、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態が正しければ、可動部2を、Y−Z面上に設けられた教示点にしたがって、その位置及び姿勢を制御して動かせば、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けることができるようにしてある。
【0072】
尚、図3、図4及び図5中、n3で示す部材は、組付部品P1に化粧スイッチ部P3を嵌合により取り付けるための嵌合爪を示している。また、図3中、P1cは、略コの字形状に形成された溝を示しており、溝P1cにより仕切られる領域P1dは、片持ち梁構造の板バネ体になっており、板バネ体の領域P1dが、弾性変形することで、領域P1d上に設けられた一対の爪n2、n2は、板バネ体変形する方向に、移動と復帰とができるようになっている。
【0073】
次に、この部品組付装置1を用いて、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける組付方法について説明する。
図6は、この部品組付装置1の組付動作を概略的に示すフローチャートである。
まず、部品組付装置1の電源をオンし、次いで、制御手段3に記憶させた、所定の運転プログラムにより、可動部2を動作させて、被組付部品2を、組付治具W上の所定の位置に載置し、必要により、被組付部品固定装置11、11により、被組付部品2を、組付治具W上の所定の位置に固定する。この段階は、従来の組付ロボット101と同様である。
【0074】
次に、CCDカメラ等の視覚認識手段7及び画像解析装置9をオンにし、ステップSa1において、可動部2を動かして、組付部品P1を、CCDカメラ等の視覚認識手段7の視覚認識エリアR7内へ移動させ、次いで、ステップSa2(認識ステップ)において、視覚認識手段7により、組付部品P1及び被組付部品P2を撮像する(図7(a)を参照)。また、このステップSa2において、6軸力覚検出装置8及び6軸力覚解析演算装置10をオンにする。
【0075】
次いで、視覚認識手段7により撮像した映像を、画像解析装置10で解析し(図7(b)を参照)、画像解析装置10の解析結果に基づいて、可動部2を所定の運転プログラムにしたがって、その位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に接触させる(接触ステップ)。
そして、図7(c)及び図5(a)に示すように、組付部品P1と被組付部品P2とを接触させた状態で、一定時間、可動部2を停止させて、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を、6軸力覚検出装置8を用いて検出する。尚、この例では、組付部品P1を被組付部品P2に接触させせた後は、視覚認識手段7及び画像解析装置9をともにオフにする。
【0076】
そして、6軸力覚検出装置8が、実際に、検出した検出値は、6軸力覚解析演算装置10により、6軸成分、即ち、3軸の力(この例では、Fx、Fy、Fz)、及び、3軸の各々の軸まわりのモーメント(この例では、Mx、My、Mz)の各々の成分に分けられた後、制御手段3へ送られる(6軸力覚検出ステップ)。
【0077】
次いで、ステップSa6に示す工程において、制御手段4では、6軸力覚解析演算装置10より送られてきた6軸成分の各々の検出値に基づいて、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を判別する(接触状態判別ステップ)。
ここで、接触状態判別ステップにおける、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を判別方法としては、種々の方法があるが、ここでは、部品組付装置1の動作を速くするために、少ない計算で、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を判別できる接触状態判別方法と、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態をより正確に判定できる接触状態判別方法とについて説明する。
【0078】
まず、少ない計算で、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を判別できる接触状態判別方法について、ユークリッドの距離を用いた判別方法を説明する。
図8は、ユークリッドの距離を用いた判別方法を概略的に示すフローチャートである。
【0079】
この判別方法では、ステップSa6に示す工程において、6軸力覚解析演算装置10より送られてきた、6軸成分の各々の検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)が、制御手段4に記憶された、図9に示す制御テーブル12と対比される。
より詳しく説明すると、制御テーブル12は、図9に示すように、縦軸に、選択メニューが、0〜knまで選べるようになっている。
【0080】
また、選択メニュー0〜knの各々に対応して、6軸力覚検出装置8が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)と、複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の各々に対応するように設けられ、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御する複数の動作パターン(この制御テーブルでは、教示点A(A0〜Ak0)、教示点B(B0〜Bk0)、教示点C(C0〜Ck0)及び教示点D(Dk1〜Dkn))と、複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の各々に対応するように設けられ、複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の中、最適値とした設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)から複数の値の各々(Fx1、Fy1、Fz1、Mx1、My1、Mz1)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)までのユークリッドの距離(0〜Ukn)とを備える。
【0081】
この例では、ユークリッドの距離が、0〜Uk0迄の範囲になれば、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが可能と判断し、組付作業が、教示点A(A0〜Ak0)、教示点B(B0〜Bk0)、教示点C(C0〜Ck0)にしたがって行われるようになっている。
また、ユークリッドの距離が、Uk0より大きい場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが不可能と判断し、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を補正する運転プログラムが教示点D(Dk1〜Dkn)にしたがって行われるようになっている。尚、教示点A(A0〜Ak0)、教示点B(B0〜Bk0)、教示点C(C0〜Ck0)及び教示点D(Dk1〜Dkn)の各々は、1以上の教示点で構成されていてよい。
【0082】
そして、ステップSa6に示す工程において、6軸力覚解析演算装置10より送られてきた6軸成分の各々の検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)が、制御手段4に送られてくると(ステップSb1を参照)、ステップSb2において、制御手段4において、6軸力覚検出装置8が実際に検出した検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々から、制御テーブル12に記憶させた複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の中、最適値とした設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)各々までのユークリッドの距離Uiが、次式によって算出される(距離算出ステップ)。
【0083】
Ui=(Fxi−Fx)2+(Fyi−Fy)2+(Fzi−Fz)2+(Mxi−Mx)2+(Myi−Fy)2+(Mzi−Fz)2
次に、ステップSb3において、ステップSb2の距離算出ステップで算出したユークリッドの距離Uiと、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)の差分を求め、距離算出ステップにおいて算出されたユークリッドの距離Uiを、差分が最小となるユークリッドの距離Umin(ユークリッドの距離Uminは、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)のいずれかである)に置換し(接触状態判別ステップ)、置換されたユークリッドの距離Uminが、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)のいずれかであれば、置換されたユークリッドの距離Uminに対応する教示点にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御する(ステップSb4を参照)。
【0084】
この例では、ユークリッドの距離Uminが、ユークリッドの距離0〜Uk0のいずれかである場合には、教示点A(A0〜Ak0)の中、ユークリッドの距離Uminに対応する教示点Aminにしたがって、可動部2の位置及び姿勢が制御される。
一方、ユークリッドの距離Uminが、Uk1〜Uknのいずれかである場合には、教示点D(Dk1〜Dkn)の中、ユークリッドの距離Uminに対応する教示点Dminにしたがって、可動部2の位置及び姿勢が制御される。
【0085】
この例では、ステップSb5において、可動部2の位置及び姿勢を制御した後に、6軸力覚検出装置8及び6軸力覚解析演算装置10を用いて、再び、6軸成分の各々の検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)を制御手段4に送り、可動部2の位置及び姿勢を制御した後の、検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々から、制御テーブル12に記憶させた複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の中、最適値とした設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)各々までのユークリッドの距離Uiを算出し、ユークリッドの距離Uiが、ユークリッドの距離0〜Uk0のいずれかである場合には、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態が正しい状態になっていると判断し(ステップSb6及び図6に示すステップSa6を参照)、ステップSa7へ進むようにしている。
【0086】
この例では、ユークリッドの距離Uiと、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)の差分を求め、距離算出ステップにおいて算出されたユークリッドの距離Uiを、差分が最小となるユークリッドの距離Umin(ユークリッドの距離Uminは、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)のいずれかである)に置換し、ユークリッドの距離Uminに対応する教示点Bmin(Bminは、教示点B0〜Bk0のいずれかである)と、ユークリッドの距離Uminに対応する教示点Cmin(Cminは、教示点C0〜Ck0のいずれかである)とにしたがって、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける。
【0087】
また、ステップSb5において、可動部2の位置及び姿勢を制御した後に、6軸力覚検出装置8及び6軸力覚解析演算装置10を用いて、再び、6軸成分の各々の検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)を制御手段4に送り、可動部2の位置及び姿勢を制御した後の、検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々から、制御テーブル12に記憶させた複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の中、最適値とした設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)各々までのユークリッドの距離Uiを算出し、ユークリッドの距離Uiと、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(0〜Ukn)の差分を求め、距離算出ステップにおいて算出されたユークリッドの距離Uiを、差分が最小となるユークリッドの距離Uminが、制御テーブル12に記憶されたユークリッドの距離(Uk1〜Ukn)のいずれかである場合は、ユークリッドの距離Uminに対応する教示点Dmin(Dminは、教示点Dk1〜Dknのいずれかである)とにしたがって、可動部2の位置及び姿勢を制御して、再び、ステップSb2へ戻るようにする。
【0088】
次に、6軸力覚検出装置8が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の求め方の好ましい例について説明する。
図10は、組付部品P1を被組付部品P2に接触させた際に、6軸力覚検出装置8が検出するある軸に発生する力を経時的にとったグラフである。
【0089】
図10より明らかなように、組付部品P1を被組付部品P2に接触させた際に、6軸力覚検出装置8が検出するある軸に発生する力は経時的に変動する。
尚、この例では、ある軸の力について見ているが、ある軸の軸まわりのモーメントも図10に示したグラフと同様、経時的に変動したグラフになる。
したがって、短い時間で、一回のサンプリングで、組付部品P1を被組付部品P2に接触させた際のある軸に発生する力や、ある軸の軸まわりのモーメントを、制御テーブル12の6軸力覚検出装置8が検出する検出値の設定値としてしまうと、制御テーブル12の複数の設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)は、そのグラフの経時的な変動により、信憑性が極めて小さいものとなってしまう。
【0090】
このような問題を解決するためには、接触状態判別ステップにおいて用いる、制御テーブル12に記憶させる、6軸力覚検出装置8が検出する検出値の設定値として、組付部品P1と被組付部品P2とを接触させた状態に、一定時間、静止し、ある区間幅(時間幅)の平均値を使用すれば、ある区間幅(時間幅)により、6軸力覚検出装置8が検出する検出値の変動が相殺されるので、制御テーブル12を信憑性の高いものとすることができる。
【0091】
また、組付部品P1と被組付部品P2とを接触させた状態に、一定時間、静止し、ある区間幅(時間幅)、即ち、一定時間に於ける6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の平均値を、6軸力覚検出装置が検出した検出値として用いる)の平均値を使用すれば、ある区間幅(時間幅)により、6軸力覚検出装置8が検出する検出値の変動が相殺されるので、6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の検出値も誤差の極めて少ないものとなるので、接触状態判別ステップにおいて、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を正確に判定することができる。
【0092】
また、ユークリッドの距離は、一回の計測データからでも求めることができるので、一回だけの計測データに基づいて、制御手段3の制御テーブル12に記憶させた6軸力覚検出装置8の検出値を設定値として、6軸力覚検出装置8の検出値中、最適値とした設定値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)から、最適値(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)とした設定値以外の設定値(Fx1、Fy1、Fz1、Mx1、My1、Mz1)〜(Fxkn、Fykn、Fzkn、Mxkn、Mykn、Mzkn)の各々までのユークリッドの距離U1〜Uknの各々を制御テーブル12に記憶させることは可能である。
【0093】
しかしながら、組付部品P1と被組付部品P2とを同じ状態で接触させても、一回だけのデータでは、6軸力覚検出装置8が検出した検出値には、ノイズ等の外乱が重畳している場合があり、一回だけのデータに基づいて、制御手段3の制御テーブル12に記憶させる、6軸力覚検出装置8の設定値を決めると、設定値がおかしいために、常に、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を誤判定するという虞れがある。
【0094】
図11は、このような問題を解決するのに有効な手段を示すフローチャートである。
図11に示すフローチャートは、図6に示すフローチャートとは、ステップSc4〜ステップSc8が異なっている。
即ち、図11に示すフローチャートは、図6に示すフローチャートとは、ステップSa1〜ステップSa3までは、同じであるが、ステップSc4〜ステップSc6において、組付部品P1と被組付部品P2とを同じ状態で、所定の測定回数になるまで、複数回、接触させた検出値を求めるようにし、ステップSc6で、所定の測定回数になると、ステップSc7で、制御手段3の制御テーブル12に記憶させる、6軸力覚検出装置8の設定値を、組付部品と被組付部品とを同じ状態で、複数回、接触させた検出値の平均値としている。これにより、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、図11に示すフローチャートにしたがえば、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を、精度の高い設定値と比較しているので、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を正確に判定することができる。
【0095】
次に、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態をより正確に判定できる接触状態判別方法とについて説明する。
組付部品P1と被組付部品P2との接触状態をより正確に判定できる接触状態判別方法については、マハラノビスの汎距離を用いた判別方法を説明する。
図12は、マハラノビスの汎距離を用いた判別方法を概略的に示すフローチャートである。
【0096】
この判別方法では、ステップSd2〜ステップSd6を、ユークリッドの距離の基づいて行うのではなく、マハラノビスの汎距離を用いた点が、図8に示す判別方法と異なっている。
この部品組付装置1では、6軸力覚検出装置8を用いているので、変数は、3軸の力(この例では、Fx、Fy、Fz)、及び、3軸の各々の軸まわりのモーメント(この例では、Mx、My、Mz)の合計6個となる。
【0097】
そこで、変数の数を6個として、現在の組付部品P1と被組付部品P2との接触状態iから、接触状態aまでのマハラノビスの汎距離D2i(a)は、数1で求められる。
【0098】
【数1】
【0099】
但し、xij、xik:現在の組付部品P1と被組付部品P2との接触状態iにて測定されたj番目又はk番目の変数。
【0100】
【外1】
【0101】
【数2】
【0102】
Sjk(h)は、想定した状態hでの分散・共分散行列で、下記に示す数3で求められる。
【0103】
【数3】
【0104】
ここで、mh:接触状態hにて測定されたサンプル群に含まれるデータ数である。
但し、xlj(k)、xlk(h):接触状態hのサンプル群中のl番目のデータのj番目又はk番目の変数の値。
xj(h)、xk(h):接触状態hにて測定されたサンプル群に含まれるj番目又はk番目の変数の値。
【0105】
図12に示すフローチャートにしたがえば、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出ステップにおいて、ユークリッドの距離ではなく、データのばらつきをも考慮した、マハラノビスの汎距離を用い、ばらつきを考慮した判定を行っているので、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態をより正確に判定できる。
【0106】
図13は、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を、組み付けに最適な接触状態になるように修正できるように修正する方法を概略的に示すフローチャートである。
尚、図13に示すフローチャートにおいて、ステップSa1〜ステップSa3迄は、図6に示すフローチャートと同様であるが、このフローチャートでは、ステップSe4〜ステップSe7が、図6に示すフローチャートと異なっている。
【0107】
即ち、このフローチャートでは、ステップSe4〜ステップSe7の、接触状態最適化ステップを、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態が、組み付けに最適な接触状態になるまで、6軸力覚検出ステップ、接触状態判別ステップ及びロボット手段制御ステップを繰り返して行うようにしている。
6軸力覚検出ステップ、接触状態判別ステップ及びロボット手段制御ステップを繰り返して、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢の変更を少しずつ行うように設定するれば、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を、より一層、組み付けに最適な接触状態にすることができるようになる。
【0108】
以上のような方法で、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を正しい状態にすることができた後は、図6に示すように、ステップSa7において、組付部品P1と被組付部品P2との組付作業を開始する。
まず、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける際のロボット手段、より特定的には、可動部2の組付軌跡の修正を容易にできるようにする方法について説明する。
【0109】
図14は、可動部2の組付軌跡の修正を容易にできるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
この部品組付装置1では、図6及び図14に示すように、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける組付ステップにおいても、組付作業の開始から終了まで、6軸力覚検出装置8により、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を監視するようにしている(ステップSa7及びステップSa10を参照)。
【0110】
また、図2及び図5で既に説明したように、6軸力覚検出装置8の3軸の任意の軸方向と、可動部2の被組付部品P2への組付部品P1の組付方向とを一致させるようにしている。
具体的には、この例では、図2に示すように、6軸力覚検出装置8の3軸のY軸方向と、可動部2の被組付部品P2への組付部品P1の組付方向とを一致させるようにしている(図2中の曲がった矢印を参照)。
【0111】
また、この部品組付装置1では、制御手段3に、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))での6軸力覚検出装置8が検出した検出値中、組付部品P1と被組付部品P2との組付けが成功した場合の検出値を設定値を記憶させておき、ステップSf11において、6軸力覚検出装置8が、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で、組付部品P1と被組付部品P2との組付けが成功した場合に検出値を各軸毎に対比して、大きな差が認められる軸があるか否かを判定し(ステップSf12を参照)、大きな差がある軸が存在する場合には、大きな差がある軸方向の、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点を、6軸力覚検出装置8が検出した検出値と設定値との差が小さくなる方向に修正し(ステップSf13)、その後、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を、修正した教示点にしたがって、組付部品P1と被組付部品P2との組付けを行うようにしている(ステップSf14及びステップSf15を参照)。
【0112】
一方、ステップSf12において、6軸力覚検出装置8が教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で検出した検出値を各軸毎に対比して、大きな差が認められる軸があるか否かを判定し、大きな差がある軸が存在しない場合は、教示点を修正することなく、教示点にしたがって、組付部品P1と被組付部品P2との組付けを行うようにしている(ステップSf14及びステップSf15を参照)。
【0113】
この部品組付装置1では、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を、3次元に動かすのではなく、3次元を規定する3軸の中、6軸力覚検出装置8の座標軸と、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を、組付部品P1を組付治具W上に載置固定される被組付部品P2に組み付ける組付方向とが一致する軸(この例では、Y軸)と、他の2軸(この例では、X軸及びZ軸)の中の1軸(この例では、Z軸)との2次元関係だけを規定して制御するだけで、組付部品P1を、組み付け前の初期位置から、組み付け後の目的位置に動かすことができる。このように、この部品組付装置1では、組付中の組付部品P1と被組付部品P2との位置関係と、6軸力覚検出装置8の検出値との関係が簡単な2次元関係になっている。このため、組付ステップにおいて、ロボット手段、より特定的には、可動部2の組付軌跡の修正をする際には、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を規定する2軸(この例では、Y軸とZ軸)の中の、ロボット手段、より特定的には、可動部2の、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける組付方向に一致する軸(この例では、Y軸)以外の他の一軸(この例では、Z軸)の教示点を修正するだけでよいので、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける際のロボット手段、より特定的には、可動部2の組付軌跡の修正を容易に行うことができる。
【0114】
ところで、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップを、より最適化できるようにする方法には、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けを失敗した場合や、何とか組み付けることができたものの改善が必要な場合等に、そのような失敗例や、改善が必要な例を参考にして、次回の組付作業を、より最適化できるようにする方法と、作業を継続しながら信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築する方法とが考えられる。
【0115】
図15は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けを失敗した場合や、何とか組み付けることができたものの改善が必要な場合等に、そのような失敗例や、改善が必要な例を参考にして、次回の組付作業を、より最適化できるようにする、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【0116】
図15に示すフローチャートにおいて、ステップSa7、ステップSa10及びステップSa15の各々は、図6に示すフローチャートのステップSa7、ステップSa10及びステップSa15の各々に対応している。
このフローチャートでは、ロボット手段、より特定的には、可動部2は、制御手段3の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点(この例では、教示点A(A0〜Ak0)、教示点B(B0〜Bk0)及び教示点C(C0〜Ck0))に基づいて、実行するようにされており、また、制御手段3には、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))での6軸力覚検出装置8が検出した検出値中、組付部品P1と被組付部品P2との組付けが成功した場合の検出値を設定値を記憶させておき、ステップSg17において、6軸力覚検出装置8が教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で検出した検出値とを対比して、大きな差が認められる軸があるか否かを判定し、大きな差がある場合には、軸大きな差がある軸方向の、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を、6軸力覚検出装置8が検出した検出値と設定値との差が小さくなる方向に修正し(ステップSg18を参照)、その後、ステップSg19において、全教示点について、チェックと修正とを行うようにしている(この例では、教示点Bにtついて、B0〜Bk0の全てについて、チェックと修正とを行うようにしている。
【0117】
そして、ステップSg19の作業が全部終了すれば、ステップSg16に戻り、次の、組付部品P1と被組付部品P2との組付けステップにおいて、上記と同様にことを繰り返す。
尚、ステップSg19の作業を全部終了しても、組付作業を最適化できない場合には、この工程に引き続く工程で、上記と同様に作業を繰り返す(ステップSg20を参照)。
【0118】
このフローチャートでは、部品組付状態最適化ステップを、組付ステップの所定の工程(この例では、教示点B(B0〜Bk0)とする)において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)から、組付中の組付部品P1と被組付部品P2との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、組付ステップの所定の工程の教示点を修正するようにした。
【0119】
したがって、このフローチャートにしたがって、部品組付装置1を運転すれば、6軸力覚検出装置8が検出した検出値から、組付中の組付部品P1と被組付部品P2との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、組付ステップの所定の工程の教示点を修正できるので、前回の組付ステップの検証を、次の組付ステップに生かすことができ、これにより、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0120】
図16は、作業を継続しながら信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築する方法を概略的に示すフローチャートである。
図16に示すフローチャートにおいて、ステップSa7及びステップSa10の各々は、図6に示すフローチャートのステップSa7及びステップSa10の各々に対応している。
【0121】
このフローチャートでは、ロボット手段、より特定的には、可動部2は、制御手段3の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点(この例では、教示点A(A0〜Ak0)、教示点B(B0〜Bk0)及び教示点C(C0〜Ck0))に基づいて、実行するようにされており、また、制御手段3には、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))での6軸力覚検出装置8が検出した検出値中、組付部品P1と被組付部品P2との組付けが成功した場合の検出値を設定値を記憶させておき、ステップSh15において、6軸力覚検出装置8が教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で検出した検出値とを対比して(ステップSh16を参照)、大きな差が認められる軸があるか否かを判定し、大きな差がある場合には、大きな差がある軸方向の、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点を、6軸力覚検出装置8が検出した検出値と設定値との差が小さくなる方向に修正し(ステップSh17を参照)、その後、ステップSh18において、修正した教示点にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して動かした後、変更後の教示点に従ってロボット手段の位置及び姿勢を制御した後、6軸力覚検出装置が検出した検出値と設定値とを比較して、検出値と設定値とが一致すれば、引き続き、次の教示点(この例では、C(C0〜Ck0))にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して動かして、組付部品P1を被組付部品P2に取り付けるようにしている(ステップSh19及びステップSh20を参照)。
【0122】
一方、ステップSh16において、6軸力覚検出装置8が教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で検出した検出値の各軸成分と、制御手段3に記憶させた、組付部品P1と被組付部品P2との組付けが成功した場合に、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))で、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の設定値の各軸成分とを対比して、大きな差が認められる軸が存在しない場合には、可動部2の位置及び姿勢を規定する教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0))にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して動かした後、引き続き、次の教示点(この例では、C(C0〜Ck0))にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して動かして、組付部品P1を被組付部品P2に取り付けるようにしている(ステップSh19及びステップSh20を参照)。
【0123】
このフローチャートのしたがって、部品組付装置1を運転すれば、組付ステップの所定の工程において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値が設定値と異なっている場合には、組付中の組付部品P1と被組付部品P2との間の位置ずれ方向を推察し、所定の工程における、ロボット手段、より特定的には、可動部2の教示点を変更し、変更後の教示点に従って、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御した後、6軸力覚検出装置が検出した検出値と設定値とを比較して、検出値と設定値とが一致すれば、次の教示点にしたがって、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に組み付けるようにしているので、作業を継続しながら、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0124】
また、図17は、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態をより正確に判定し、且つ、組付ステップに要する時間を短縮できるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
このフローチャートでは、ステップSa7において、組付部品P1を被組付部品P2に組み付ける組付け作業を開始して、ステップSi12において、組付けステップが終了した後、組付けステップにおいて、選択メニュー(この例では、図9に示す選択メニュー(0〜k0)中、初期値(デフォルト値)0以外の他の選択メニューが選択された場合には、最新に選択された動作パターンを複数回記憶し、ステップSi13において、しきい値と比較して、選択メニューが選択されたり、教示点(この例では、教示点B(B0〜Bk0)の修正が頻繁に行われるようになったと判断される場合には、記憶された複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値を最適値に変更するようにしている。
【0125】
例えば、選択メニューとして、最新の複数回において、選択メニュー1の選択頻度が高い場合には、制御テーブル12を、選択メニュー1に対応する、6軸力覚検出装置の設定値(この例では、(Fx1、Fy1、Fz1、Mx1、My1、Mz1)を最適値、即ち、初期値(デフォルト値)、この例では、選択メニュー0として、(Fx1、Fy1、Fz1、Mx1、My1、Mz1)から、(Fxi、Fyi、Fzi、Mxi、Myi、Mzi)、(Fx2、Fy2、Fz2、Mx2、My2、Mz2)、・・・の各々までの、ユークリッドの距離又はマハラノビスの汎距離を求めた制御テーブルに書き換え、これを制御手段3に記憶させるようにする(ステップSi14及びステップSi15を参照)。
【0126】
以下、新たに作成した制御テーブルに基づいて、組付部品P1と被組付部品P2との接触状態を判断して、組付部品P1の被組付部品P2への取付けを行うようにする(ステップSi16及びステップSi17を参照)。
このように、最新の複数回において、選択頻度が高い、選択メニュー1を最適値、即ち、初期値(デフォルト値)とすれば、以後、選択メニューは、殆どの場合、初期値(デフォルト値)となるため、初期値(デフォルト値)を別の選択メニューに変更する信号を発令する頻度が極めて低くなる。
【0127】
したがって、このフローチャートにしたがって、部品組付装置1を運転するようにすれば、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、初期値(デフォルト値)を、記憶した最新の複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更しているので、最適値を、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更した後においては、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力する頻度が少なくなる。これにより、組付ステップにおいて、殆どの場合は、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力することなく、初期値(デフォルト値)で、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御することができるようになるため、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力しなくてよくなった分だけ、組付ステップに要する時間を短縮できるようになる。
【0128】
また、図18は、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、少ない計算で判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
このフロチャートにおいて、ステップSa1は、図6に示すフローチャートのステップSa1に対応している。
このフローチャートでは、ステップSj2において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けステップにおいて、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々について検出しているが、ステップSj3において、6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の中、特定の1軸成分についてのみ、制御手段4に、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の変化を経時的の記憶させておき、制御手段4に記憶させた、特定の1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の経時的な変化と、特定の1軸に対応する1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付け中の経時的な変化とを対比して、その相関度を評価している。
【0129】
次いで、ステップSj4において、相関度が良いか否かを、あるしきい値と比較することで、判定し、相関度が良いと判断した場合には、ステップSj5において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは成功した、判定し、ステップSj4において、相関度が悪いと判断した場合には、ステップSj6において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは失敗した、判定するようにしている。
【0130】
本発明者等の、実験に基づく知見によれば、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したかあるいは失敗したかは、取付治具Wに取り付けた6軸力覚検出装置8の6軸の検出値の全てに表れる。
したがって、このことを利用すれば、6軸力覚検出装置8の検出値を6軸全てに見る必要は無い。このフローチャートでは、6軸力覚検出装置8の検出値の6軸成分の中、任意の一軸成分に着目し、ロボット手段の制御手段3に、予め、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の一軸の変化を記憶させておき、組付部品P1を被組付部品P2へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の6軸の検出値の中から、対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段3に記憶させた、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の一軸の変化とを対比して、相関度を評価することで、失敗か成功かを判定するようにしているので、6軸成分の全てについて、相関度を評価する場合に比べ、少ない計算量で、正確に、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、判定できる。
【0131】
また、図19は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
このフロチャートにおいて、ステップSa1及びステップSj2の各々は、図18に示すフローチャートのステップSa1及びステップSj2の各々に対応している。
【0132】
このフロチャートでは、ステップSk3において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々について検出しているが、ステップSj3において、6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の中、特定の1軸成分についてのみ、制御手段4に、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の変化を経時的の記憶させておき、制御手段4に記憶させた、特定の1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の経時的な変化と、特定の1軸に対応する1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付け中の経時的な変化とを対比して、その相関度の評価を、相互相関関数値により評価している。
【0133】
次いで、ステップSk4において、相互相関関数値が良いか否かを、あるしきい値と比較することで、判定し、相互相関関数値が良いと判断した場合には、ステップSk5において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは成功した、判定し、ステップSk4において、相互相関関数値が悪いと判断した場合には、ステップSk6において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは失敗した、判定するようにしている。
【0134】
ここに、相互相関関数値は、x(t)とy(t)の信号波形間の相互相関関数値として表すと、下記に示す数4で表される。
【0135】
【数4】
【0136】
この例では、位相の差は無く、τ=0となる。また、実際は、サンプリング計測による離散値によって演算を行うので、有限個N個のサンプルがある場合は、下記に示す数5により、相互相関関数の値(相互相関関数値)が求まる。
【0137】
【数5】
【0138】
さらに、下記に示す数6により規格化され、関数値が、−1〜1の値をとる規格化相互相関関数値:Rnxyとなる。
【0139】
【数6】
【0140】
また、図20は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
このフロチャートにおいて、ステップSa1及びステップSj2の各々は、図18に示すフローチャートのステップSa1及びステップSj2の各々に対応している。
【0141】
このフロチャートでは、ステップSl3において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の各々について検出しているが、ステップSl3において、6軸成分(この例では、Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)の中、特定の1軸成分についてのみ、制御手段4に、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の変化を経時的の記憶させておき、制御手段4に記憶させた、特定の1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の経時的な変化と、特定の1軸に対応する1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付け中の経時的な変化とを対比して、その相関度の評価を、相関係数値により評価している。
【0142】
次いで、ステップSl4において、相関係数の値が良いか否かを、あるしきい値と比較することで、判定し、相関係数の値が良いと判断した場合には、ステップSk5において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは成功した、判定し、ステップSl4において、相関係数の値が悪いと判断した場合には、ステップSk6において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは失敗した、判定するようにしている。
【0143】
ここに、相関度を比較する2つの力又はモーメントの波形を、x(t)とy(t)として表すと、サンプリング計測によって、各々、有限個N個の離散値データが得られたとき、2つの波形間の相関係数:rは、下記に示す数7により求まる。
【0144】
【数7】
【0145】
また、図21は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
このフローチャトでは、ステップSm1において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功した時の、6軸力覚検出装置8の検出値の経時的な変化(3軸の任意の1軸の力又は3軸の任意の1軸まわりのモーメントの波形)に基づいて、相関度を評価する比較区間(比較幅(比較時間))を、予め、決定する。
【0146】
次に、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1を被組付部品P2に取付ける取付ステップを開始し(ステップSm2を参照)、6軸力覚検出装置8が検出する検出値の6軸成分の中、ある特定の1軸成分について、ステップSm1において、6軸力覚検出装置8の検出値の経時的な変化(3軸の任意の1軸の力又は3軸の任意の1軸まわりのモーメントの波形)に基づいて決定した、比較区間(比較幅(比較時間))毎に、特定の1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の経時的な変化と、特定の1軸に対応する1軸成分についての、組付部品P1の被組付部品P2への組付け中の経時的な変化とを対比して、その相関度の評価を、相関係数により評価し、ステップSm5において、相関係数の値が良いか否かを、あるしきい値と比較することで、判定し、相関係数の値が良いと判断した場合には、ステップSm6において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは成功した、判定し、ステップSm7において、相関係数の値が悪いと判断した場合には、ステップSk6において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けは失敗した、判定するようにしている。
【0147】
取付治具Wに取り付けられた6軸力覚検出装置8が検出する検出値の各軸に表れる経時的な変化には、変化量の大きい所と、小さい所とがある。
変化量の小さい所で、制御手段3に記憶させた、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置8が検出した一軸の変化と、6軸力覚検出装置8が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化とを比較すると、この部分では、ノイズの影響が大きいため、変化量の小さい所で、相関度を評価しても、評価を正しく行うことができない。組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定は、組み付け作業開始から組み付け作業の終了までの全体について、制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置が検出した一軸の変化と、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化とを比較するより、比較区間を限定して、変化量の大きいところ同士で、比較を行うようにした方が、正確に行える。
【0148】
このフローチャートにしたがって部品組付装置1を運転すれば、一軸の変化の波形に基づいて、比較区間を限定して、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定が行えるので、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定が、正確に行える。
また、図22は、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定をリアルタイムで行えるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
【0149】
リアルタイムに、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定を行うためには、6軸力覚検出装置が検出した6軸成分を検出する毎に、相関度の評価を行う必要がある。このような場合、6軸力覚検出装置の検出が開始された時点から現時点までの6軸成分のいずれか一つの波形で、相関度を評価すると、時間経過と伴に、処理しなければならないデータ量が増加し、このため、組付部品P1の被組付部品P2への組付けを失敗した場合であっても、増加したデータ量により、組付部品P1の被組付部品P2への組付けを失敗した場合に現れる波形が、マスクされてしまい、相関度が低下し難く、その結果、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定の精度が悪くなる。
【0150】
かかる問題を解決するため、このフローチャートでは、相関度を評価する比較区間を限定し、比較区間の始期と終期とを経時的にともに移動させるようにし、経時的に、データ量が増えないようにしている。
より詳しく説明すると、このフローチャートにおいて、ステップSa7及びステップSa10の各々は、図6に示すフローチャートのステップSa7及びステップSa10の各々に対応している。
【0151】
このフローチャートでは、ステップSn11において、6軸力覚検出装置の検出開始からの所定の経過時間が、しきい値として、制御手段3に記憶されており、6軸力覚検出装置の検出開始から実際に経過した時間が、このしきい値(相関度比較区間として規定した時間)と比較される。
そして、6軸力覚検出装置8の検出開始から実際に経過した時間が、このしきい値以上と判断されると、ステップSn12において、6軸力覚検出装置8が現時点から、しきい値(相関度比較区間として規定した時間)だけ前の比較区間において検出した検出値の中から、特定の1軸成分の検出量の変化について、組付部品P1の被組付部品への組付けが成功した場合の特定の1軸成分の検出量の変化と、実際に、組付部品P1を被組付部品P2に組付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出した特定の1軸成分の検出量の変化とを比較して、相関度の評価を行い、ステップSn14において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が良いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したと判断し、組付けステップを終了する(ステップSn15及びステップSn16を参照)。
【0152】
一方、ステップSn14において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が悪いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが失敗したと判断する(ステップSn17を参照)。
また、ステップSn11において、6軸力覚検出装置8の検出開始から実際に経過した時間が、このしきい値以下と判断されると、ステップSn13において、
6軸力覚検出装置8が検出開始から現時点までの比較区間において検出した検出値の中から、特定の1軸成分の検出量の変化について、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の特定の1軸成分の検出量の変化と、実際に、組付部品P1を被組付部品P2に組付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出開始をしてから現時点迄に検出した特定の1軸成分の検出量の変化とを比較して、相関度の評価を行い、ステップSn14において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が良いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したと判断し、組付けステップを終了する(ステップSn15及びステップSn16を参照)。
【0153】
一方、ステップSn14において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が悪いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが失敗したと判断する(ステップSn17を参照)。
このフローチャトにしたがって、部品組付装置1を運転するようにづれば、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置8からの一軸の検出値として制御手段3に記憶させた一軸の変化と、組付部品P1を被組付部品P2へ組付ける組み付け作業の開始から作業の終了までに、6軸力覚検出装置8からの一軸の検出値とを、比較区間を時間と共に移動させるようにしているので、組付部品P1の被組付部品P2への組付中において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定が可能となる。また、これにより、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが失敗した場合には、組付ステップのどの工程において、不具合があったかを、容易に特定できるので、組付ステップにおけるロボット手段の組付軌跡の修正が容易に行える。
【0154】
また、図23は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
このフローチャートでは、相関度の評価を行う比較区間を、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が、経時的に検出した、特定の1軸の軸成分の波形に応じて変化させることにより、相関度の計算精度の向上を図っている。
【0155】
即ち、組付部品P1の被組付部品P2への組付けの失敗が、6軸力覚検出装置8が検出した波形に表れた際に、比較区間が長い場合には、相関度が低下し難く、逆に、比較区間が短い場合には、相関度は素早く低下する。しかしながら、逆に、組付部品P1の被組付部品P2への組付けを失敗していないにもかかわらず、 このフローチャートでは、ステップSo1において、まず、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が、経時的に検出した、特定の1軸の軸成分の波形に基づいて、比較区間を決定している。次に、ステップSo2において、ロボット手段、より特定的には、可動部2の位置及び姿勢を制御して、組付部品P1の被組付部品P2への組付けステップを開始し、この組付けステップの開始から、6軸力覚検出装置8の検出を開始をし、ステップSo3において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を6軸の各々に検出する。
【0156】
次に、ステップSo4において、特定の1軸成分について、相関度比較区間の、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の特定の1軸成分の検出量の変化と、実際に、組付部品P1を被組付部品P2に組付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出開始をしてから現時点迄に検出した特定の1軸成分の検出量の変化とを比較して、相関度の評価を行い、ステップSo5において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が良いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したと判断し、組付けステップを終了する(ステップSo6及びステップSo7を参照)。
【0157】
一方、ステップSo5において、相関度がよいか否かを、あるしきい値と対比して、相関度が悪いと判断した場合には、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが失敗したと判断する(ステップSo8を参照)。
また、図24は、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に、判定できるようにした方法を概略的に示フローチャートである。
【0158】
このフローチャートにおいて、ステップSa7及びステップSa10の各々は、図6に示すステップのステップSa7及びステップSa10の各々に対応する。
このフローチャートでは、ステップSp11において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したか否かを、相関度の評価等により判定し、ステップSp11において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したと判断した場合には、この取付けステップにおいて、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を、制御手段3に記憶する。
【0159】
一方、ステップSp11において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したか否かを、相関度の評価等により判定し、ステップSp11において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが失敗した判断した場合には、この取付けステップにおいて、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を、制御手段3に記憶しない(ステップSp16を参照)。
【0160】
次に、ステップSp13において、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したと判断した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を、何件、制御手段3に記憶したかが判断される。
そして、ステップSp13において、実際に、制御手段3に記憶された組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したと判断した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の件数が、制御手段3に記憶すべき件数として規定されたしきい値以上になると、ステップSp14において、測定毎の6軸力覚検出装置8からの検出値の変化加算された後、測定回数でわり算されて、制御手段3に記憶された組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功したと判断した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の平均値の変化が求められ、これが、ロボット手段、より特定的には、可動部2の制御手段3に、予め、記憶させる、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化として用いられる。
【0161】
組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の一軸の変化は、一回だけのデータでは、6軸力覚検出装置8が検出した検出値には、ノイズ等の外乱が重畳している場合があり、一回だけのデータに基づいて、制御手段3の制御テーブル12に、6軸力覚検出装置の一軸の変化の、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の設定値を、記憶させると、設定値がおかしいために、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを、常に、誤判定するという虞れがある。これに対して、制御手段3の制御テーブル12に記憶させる、6軸力覚検出装置8の一軸の変化の、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の設定値を、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が検出した検出値を複数回取り、複数回の検出値の平均値とするようにすれば、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、このフローチャートにしたっがて部品組付装置1を運転するようにすれば、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを、6軸力覚検出装置8が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化を、制御手段3に記憶させた、精度の高い、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けが成功した場合の一軸の変化の設定値と比較できるので、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを正確に判定することができる。
【0162】
図25は、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを、しきい値に基づいて判定できるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、ステップSa7及びステップSa10の各々は、図6に示すフローチャートのステップSa7及びステップSa10の各々に対応している。
【0163】
このフローチャートでは、ステップSq11において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを、相関度の評価等により判断し、成功と判断した場合には、その時に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形を制御手段3に記憶させる。
一方、ステップSq11において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを、相関度の評価等により判断し、失敗と判断した場合には、その時に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形を制御手段3に記憶させない(ステップSq14を参照)。
【0164】
次に、ステップSq13において、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形を、所定回数分、制御手段3に記憶したかどうかが判定される。
そして、ステップSq13において、制御手段3に記憶した、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の数が、制御手段3に記憶させる、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の数として規定されたしきい値以上になった場合には、ステップSq15において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形を合計し、これを、測定回数でわり算し、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の平均波形を作成する。
【0165】
次に、ステップSq15において求めた、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の平均波形と、測定し、制御手段3に記憶した、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の各々との相関度を算出する。
【0166】
次いで、ステップSq17において、ステップSq15において求めた、相関度、及び、ステップSq15において作成した、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の波形の平均波形に基づいて、平均波形と各計測波形との相関度の平均と分散とを算出する。
【0167】
次いで、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かのしきい値を、次式より求め、これを、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かのしきい値として用いる。
しきい値=相関度の平均−3×相関度の分散
上記方法によれば、しきい値が一義的に定まってしまう。
【0168】
一方、組付部品P1の被組付部品P2への組み付けは、組付部品P1及び/又は被組付部品P2へ少々の無理な力が加わっても、例えば、機械的な破壊が生じない範囲であれば、成功と判断しても何等問題が無い場合がある。
図26は、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かを実際面を考慮して正確に判定できるようにした方法を概略的に示すフローチャートである。
【0169】
このフローチャートにおいて、ステップSa7及びステップSa10の各々は、図6に示すステップSa7及びステップSa10の各々に対応している。
このフローチャートでは、ステップSr11において、6軸力覚検出装置8が検出した検出値から、特定の1軸成分について、予め、制御手段3に記憶された、組付部品P1の被組付部品P2への取付けが成功した場合の検出値の変化と、組付部品P1を被組付部品P2へ実際に取り付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の特定の1軸成分についての検出値の変化とについて、相互相関関数値を評価して、ステップSr12において、この相互相関関数値をしきい値として、組付部品P1を被組付部品P2へ実際に取り付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の特定の1軸成分についての検出値の変化が、このしきい値以上の場合は、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したと判断し(ステップSr13を参照)、他方、組付部品P1を被組付部品P2へ実際に取り付けた際に、6軸力覚検出装置8が検出した検出値の特定の1軸成分についての検出値の変化が、このしきい値以下の場合は、組付部品P1の被組付部品P2への組付けが失敗したと判断するようにしている(ステップSr14を参照)。
【0170】
図27は、6軸力覚検出装置8が、実際に計測した、6軸力覚量の中、X軸まわりのモーメントによって、組付部品P1と被組付部品P2との組付けの成否判定を相関度を求め、実際に行った例を示している。
相関度は、現計測時より、0.3秒以前のデータについて計算を行っている。この例では、1.1秒以上1.2秒以下の付近で、発生モーメントが小さくなり、波形中に含まれるノイズ成分同士を比較する形となっているため、相関度が、0.5程度まで落ち込んでいる。この現象による、組付部品P1と被組付部品P2との組付けの成否判定の誤判定を防止するため、この例では、組付部品P1と被組付部品P2との組付けの成否判定を行う比較区間を、0.3秒以上0.9秒以下に設定している。
【0171】
これにより、図27より明らかなように、組付部品P1と被組付部品P2との組付けの成否判定の判定しきい値を、0.8程度の高い値に設定できている。
また、この例では、相関度の計算区間を0.3秒の一定値にしているが、波形の形状によって相関度の計算区間を変化させれば、波形中に含まれるノイズ成分による相関度の低下を防ぐことができる。
【0172】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項1に記載の部品組付装置では、ロボット手段側ではなく、組付治具に6軸力覚検出装置を設けている。組付治具に載置された被組付部品に組付部品が接触すると、組付部品と被組付部品が接触することによって生じる力学的な変化は、組付治具に伝わり、6軸力覚検出装置へと伝わる。したがって、この部品組付装置では、センサをロボット手段側にだけ設けた部品組付装置では検出できなかった、組付部品と被組付部品との接触状態を、リアルタイムに直接的に知ることができる。これにより、組付部品と被組付部品との接触状態に応じて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けを効率良く行うことができるようになる。
【0173】
また、視覚認識装置によって認識された組付部品と被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置によらず、組付治具に設けた6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、組付部品の被組付部品への組み付けを行っているので、従来の視覚認識装置では検出できなかった、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報を得ることができるので、2次元情報では無く、3次元情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより正確に行うことができる。
【0174】
更に、この部品組付装置では、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視組付治具に設けた6軸力覚検出装置により、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報といった、視覚認識装置が検出することができる情報以上の情報を検出できるので、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置の検出情報の解析が不要となる。これにより、少ない情報処理に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組組付部品の被組付部品への組み付けができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。
【0175】
また、この部品組付装置では、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けるようにしているので、組付部品を被組付部品に組み付ける際の、ロボット手段の位置及び姿勢を制御は、ルーチンの制御を行えば十分であるため、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムは、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する教示点を、選択される動作パターン毎に設けるといったような簡単な運転プログラムとすることができる。このように、この部品組付装置では、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムを簡単なものとすることができるので、これに伴って、情報処理の時間も短くてすむので、その結果、組付作業ロボットの動作が速くなり、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。また、運転プログラムの修正も簡単に行える。
その上、この部品組付装置では、接触状態判別ステップにおいて、ユークリッドの距離に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態を判別できるようにしているので、制御手段に於ける計算量が少なくて済む。これにより、部品組付装置の動作が速くなり、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。
【0176】
請求項2に記載の部品組付装置は、接触状態判別ステップにおいて、平均値計測ステップにおいて、一定時間に於ける6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の平均値を、6軸力覚検出装置が検出した検出値として用いるようにしているので、接触状態判別ステップにおいて、組付部品と被組付部品との接触状態を正確に判定することができる。
【0177】
請求項3に記載の部品組付装置では、6軸力覚検出ステップ、接触状態判別ステップ及びロボット手段制御ステップを繰り返して行うようにしているので、ロボット手段の位置及び姿勢の変更を少しずつ行うように設定することで、組付部品と被組付部品との接触状態を、より一層、組み付けに最適な接触状態にすることができる。
【0179】
請求項4に記載の部品組付装置では、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、初期値(デフォルト値)を、記憶した最新の複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更しているので、最適値を、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更した後においては、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力する頻度が少なくなる。これにより、組付ステップにおいて、殆どの場合は、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力することなく、初期値(デフォルト値)で、ロボット手段の位置及び姿勢を制御することができるようになるため、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力しなくてよくなった分だけ、組付ステップに要する時間を短縮できる。
【0180】
請求項5に記載の部品組付装置は、制御手段の制御テーブルに記憶させる、6軸力覚検出装置の設定値を、組付部品と被組付部品とを同じ状態で、複数回、接触させた検出値の平均値としているので、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、この部品組付装置では、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出装置が検出した検出値を、精度の高い設定値と比較しているので、組付部品と被組付部品との接触状態を正確に判定することができる。
【0181】
請求項6に記載の部品組付装置では、ロボット手段側ではなく、組付治具に6軸力覚検出装置を設けている。組付治具に載置された被組付部品に組付部品が接触すると、組付部品と被組付部品が接触することによって生じる力学的な変化は、組付治具に伝わり、6軸力覚検出装置へと伝わる。したがって、この部品組付装置では、センサをロボット手段側にだけ設けた部品組付装置では検出できなかった、組付部品と被組付部品との接触状態を、リアルタイムに直接的に知ることができる。これにより、組付部品と被組付部品との接触状態に応じて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けを効率良く行うことができるようになる。
また、視覚認識装置によって認識された組付部品と被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置によらず、組付治具に設けた6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、組付部品の被組付部品への組み付けを行っているので、従来の視覚認識装置では検出できなかった、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報を得ることができるので、2次元情報では無く、3次元情報に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組付部品を被組付部品に組み付けることができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより正確に行うことができる。
更に、この部品組付装置では、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視組付治具に設けた6軸力覚検出装置により、組付部品及び被組付部品の、視覚認識装置(図示せず)からは見えない側の情報や、組付部品及び被組付部品の奥行きに関する情報といった、視覚認識装置が検出することができる情報以上の情報を検出できるので、被組付部品に組付部品を接触させた後は、視覚認識装置の検出情報の解析が不要となる。これにより、少ない情報処理に基づいて、ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、組組付部品の被組付部品への組み付けができるので、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。
また、この部品組付装置では、組付部品を被組付部品に組み付けるのに最適な接触状態にしてから、組付部品を被組付部品に組み付けるようにしているので、組付部品を被組付部品に組み付ける際の、ロボット手段の位置及び姿勢を制御は、ルーチンの制御を行えば十分であるため、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムは、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する教示点を、選択される動作パターン毎に設けるといったような簡単な運転プログラムとすることができる。このように、この部品組付装置では、ロボット手段の位置及び姿勢を制御する運転プログラムを簡単なものとすることができるので、これに伴って、情報処理の時間も短くてすむので、その結果、組付作業ロボットの動作が速くなり、組付部品の被組付部品への組み付けをより速く行うことができる。また、運転プログラムの修正も簡単に行える。
その上、この部品組付装置では、接触状態判別ステップにおいて、6軸力覚検出ステップにおいて、ユークリッドの距離ではなく、データのばらつきをも考慮した、マハラノビスの汎距離を用い、ばらつきを考慮した判定を行っているので、組付部品と被組付部品との接触状態をより正確に判定できる。請求項7に記載の部品組付装置では、接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、初期値(デフォルト値)を、記憶した最新の複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更しているので、最適値を、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値に変更した後においては、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力する頻度が少なくなる。これにより、組付ステップにおいて、殆どの場合は、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力することなく、初期値(デフォルト値)で、ロボット手段の位置及び姿勢を制御することができるようになるため、初期値(デフォルト値)から変更する変更信号を出力しなくてよくなった分だけ、組付ステップに要する時間を短縮できる。
【0182】
請求項8に記載の部品組付装置では、6軸力覚検出装置の座標軸と、ロボット手段が、組付部品を組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とが一致するように設定しているので、組付ステップにおいて、ロボット手段の位置及び姿勢を3次元に動かすのではなく、3次元を規定する3軸の中、6軸力覚検出装置の座標軸と、ロボット手段の位置及び姿勢を、組付部品を組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とが一致する軸と、他の2軸の中の1軸との2次元関係だけを規定して制御するだけで、組付部品を、組み付け前の初期位置から、組み付け後の目的位置に動かすことができる。このように、この部品組付装置では、組付中の組付部品と被組付部品との位置関係と、6軸力覚検出装置の検出値との関係が簡単な2次元関係になっている。このため、組付ステップにおいて、ロボット手段の組付軌跡の修正をする際には、ロボット手段位置及び姿勢を規定する2軸の中の、ロボット手段の、組付部品を被組付部品に組み付ける組付方向に一致する軸以外の他の一軸の教示点を修正するだけでよいので、組付部品を被組付部品に組み付ける際のロボット手段の組付軌跡の修正を容易に行うことができる。
【0183】
請求項9に記載の部品組付装置では、組付ステップ中のある所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、組付部品と被組付部品との接触状態が、組付ステップの所定の工程に於ける組み付けに最適な接触状態にしているので、組付部品を被組付部品に組み付ける組付ステップを、より最適化できる。
【0184】
請求項10に記載の部品組付装置では、6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、組付ステップの所定の工程の教示点を修正するようにし、前回の組付ステップの検証を、次の組付ステップに生かしているので、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0185】
請求項11に記載の部品組付装置では、組付ステップの所定の工程において、6軸力覚検出装置が検出した検出値が設定値と異なっている場合には、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、所定の工程における、ロボット手段の教示点を変更し、変更後の教示点に従ってロボット手段の位置及び姿勢を制御した後、6軸力覚検出装置が検出した検出値と設定値とを比較して、検出値と設定値とが一致すれば、組付ステップの所定の工程を行うようにしているので、作業を継続しながら、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築することができる。
【0186】
請求項12に記載の部品組付装置では、このことを利用して、6軸力覚検出装置の検出値を6軸の全てに見るのではなく、6軸力覚検出装置の検出値の任意の一軸成分に着目し、ロボット手段の制御手段に、予め、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化を記憶させておき、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の6軸の検出値の中から、対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化とを対比して、相関度を評価することで、失敗か成功かを判定するようにしているので、6軸成分の全てについて、相関度を評価する場合に比べ、少ない計算量で、正確に、組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、判定できる。
【0187】
請求項13に記載の部品組付装置では、制御手段の制御テーブルに記憶させる、6軸力覚検出装置の一軸の変化の、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の設定値を、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値を複数回取り、複数回の検出値の平均値としているので、ノイズ等の外乱の影響が小さくなっている。このように、この部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを、6軸力覚検出装置が検出した、制御手段に記憶させた一軸に対応する一軸の変化を、制御手段に記憶させた、精度の高い、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の設定値と比較しているので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを正確に判定することができる。
【0188】
請求項14に記載の部品組付装置では、比較区間を限定して、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を行っているので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定が、正確に行える。請求項15に記載の部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組付けが成功した場合の6軸力覚検出装置からの一軸の検出値として制御手段に記憶させた一軸の変化と、組付部品を被組付部品へ組付ける組み付け作業の開始から作業の終了までに、6軸力覚検出装置からの一軸の検出値とを、比較区間を時間と共に移動させるようにしているので、組付部品の被組付部品への組付中において、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定が可能となる。また、これにより、組付部品の被組付部品への組付けが失敗した場合には、組付ステップのどの工程において、不具合があったかを、容易に特定できるので、組付ステップにおけるロボット手段の組付軌跡の修正が容易に行える。
【0189】
請求項16に記載の部品組付装置では、比較区間は、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化の波形によって変化させるようにしたので、組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かの判定を正確に行える。請求項17に記載の部品組付装置では、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値以下となった時点で、失敗と判定するようにしたので、組付部品の被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、正確且つ容易に行える。
【0190】
請求項18に記載の部品組付装置では、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値にある値を加減乗除した値をしきい値としているので、この部品組付装置を実際的な使用にあうように設定することができる。請求項19に記載の部品組付装置では、相関度の評価を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相互相関関数値によって評価するようにしたので、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、組付部品の被組付部品への取付けの成否を正確に判定できる。
【0191】
請求項20に記載の部品組付装置では、相関度の評価を、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、組付部品の被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関係数の値によって評価するようにしたので、組付部品を被組付部品へ実際に組み付ける際に、組付部品の被組付部品への取付けの成否を正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る部品組付装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図2】図1に示す部品組付装置に設けられた6軸力覚検出装置の座標軸と、組付部品の被組付部品への組付け方向との関係を概略的に説明する説明図である。
【図3】図1に示す部品組付装置を用いて組み付けられる製品を例示的に示す分解斜視図である。
【図4】図3に示す製品中、図1に示す部品組付装置を用を中心に概略的に示す、分解斜視図である。
【図5】図1に示す部品組付装置を用いて、組付部品を被組付部品に組み付ける工程を概略的に説明する工程図である。
【図6】図1に示す部品組付装置の組付動作を概略的に示すフローチャートである。
【図7】図1に示す部品組付装置を用いて、その視覚認識手段により、組付部品を被組付部品に接触させるまでの動作を模式的に説明するフローチャートである。
【図8】ユークリッドの距離を用いた判別方法を概略的に示すフローチャートである。
【図9】図1に示す部品組付装置の制御手段に記憶された制御テーブルを模式的に説明する説明図である。
【図10】組付部品を被組付部品に接触させた際に、6軸力覚検出装置が検出するある軸に発生する力を経時的にとったグラフである。
【図11】組付部品と被組付部品との接触状態を誤判定を有効に防止できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図12】マハラノビスの汎距離を用いた判別方法を概略的に示すフローチャートである。
【図13】組付部品と被組付部品との接触状態を、組み付けに最適な接触状態になるように修正できるように修正する方法を概略的に示すフローチャートである。
【図14】可動部の組付軌跡の修正を容易にできるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
【図15】組付部品の被組付部品への組み付けを失敗した場合等に、そのような失敗例等を参考にして、次回の組付作業を、より最適化できるようにする、信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図16】作業を継続しながら信頼性の高い部品組付状態最適化ステップを構築する方法を概略的に示すフローチャートである。
【図17】組付部品と被組付部品との接触状態をより正確に判定し、且つ、組付ステップに要する時間を短縮できるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
【図18】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、少ない計算で判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図19】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図20】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図21】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図22】組付部品P1の被組付部品P2への組付けが成功したか否かの判定をリアルタイムで行えるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
【図23】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に判定できる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図24】組付部品の被組付部品への組み付けが成功したか失敗したかを、正確に、判定できるようにした方法を概略的に示フローチャートである。
【図25】組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを、しきい値に基づいて判定できるようにする方法を概略的に示すフローチャートである。
【図26】組付部品の被組付部品への組付けが成功したか否かを実際面を考慮して正確に判定できるようにした方法を概略的に示すフローチャートである。
【図27】6軸力覚検出装置が、実際に計測した、6軸力覚量の中、X軸まわりのモーメントによって、組付部品と被組付部品との組付けの成否判定を相関度を求め、実際に行った例を示している。
【図28】従来の組付作業ロボットを概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
1 部品組付装置
2 可動部
3 制御手段
7 視覚認識手段
8 6軸力覚検出装置
9 画像解析装置
10 6軸力覚解析演算装置
W 組付治具
Claims (20)
- 組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、順次、組み付けるロボット手段と、
前記組付部品と前記被組付部品の位置および姿勢を認識するために設けられた視覚認識装置と、
前記組付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置とを備える部品組付装置であって、
前記視覚認識装置により、前記組付部品と、前記組付治具上に載置された被組付部品の位置及び姿勢を認識する認識ステップと、
前記認識ステップにおいて、前記視覚認識装置によって認識された前記組付部品と前記被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、前記組付部品を前記被組付部品に接触させる接触ステップと、
前記接触ステップにおいて、前記組付部品を前記被組付部品に接触させた時の接触状態を、前記6軸力覚検出装置を用いて検出する6軸力覚検出ステップと、
前記6軸力覚検出ステップにおいて、前記6軸力覚検出装置により検出された検出値に基づいて、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態を判別する接触状態判別ステップと、
前記接触状態判別ステップにおける、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態の判別結果に応じて、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御するロボット手段制御ステップと、
前記ロボット手段制御ステップにより、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態を組み付けに最適な接触状態にする接触状態最適化ステップと、
前記接触状態最適化ステップにより、前記組付部品と前記被組付部品とが最適な接触状態になった後、前記組付部品を前記被組付部品に組み付ける組付ステップとを備え、
前記組付部品を、前記組付治具上に載置される被組付部品に、自動的に、組み付ける構成とされ、
前記ロボット手段は、前記ロボット手段を複数の動作パターンに動作させる制御手段を備え、
前記制御手段には、
前記6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値と、
前記複数の設定値の各々に対応するように設けられ、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御する複数の動作パターンと、
前記複数の設定値の各々に対応するように設けられ、前記複数の設定値の中、最適値とした設定値から前記複数の値の各々までのユークリッドの距離とを備える制御テーブルが記憶されており、
前記接触状態判別ステップが、
前記6軸力覚検出装置が、前記6軸力覚検出ステップにおいて、前記組付部品が前記被組付部品に接触した時に実際に検出した検出値から、前記制御テーブルに記憶させた複数の設定値の中、最適値とした設定値までのユークリッドの距離を求める距離算出ステップと、
前記距離算出ステップにおいて算出されたユークリッドの距離と、前記制御テーブルに記憶させたユークリッドの距離とを対比して、前記制御テーブルに記憶させたユークリッドの距離の各々の中、その差分が最も小さい値となるユークリッドの距離に対応する動作パターンを選択する選択ステップとを備え、
前記接触状態最適化ステップにおいて、前記接触状態判別ステップで選択された動作パターンにしたがって、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御することを特徴とする、部品組付装置。 - 前記6軸力覚検出ステップが、前記組付部品を前記被組付部品を接触させた状態に一定時間保持するステップと、前記一定時間に於ける前記6軸力覚検出装置が検出した検出値を6成分の各々について平均値を求める平均値計測ステップとを備え、前記接触状態判別ステップにおいて、前記平均値計測ステップで求めた、前記一定時間に於ける前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の6成分の各々の平均値を、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値として用いるようにした、請求項1に記載の部品組付装置。
- 前記接触状態最適化ステップが、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態が、組み付けに最適な接触状態になるまで、前記6軸力覚検出ステップ、前記接触状態判別ステップ及び前記ロボット手段制御ステップを繰り返して行うことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の部品組付装置。
- 前記接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、前記6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の中、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、最新に選択された動作パターンを複数回記憶し、記憶された複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値を最適値に変更するようにした、請求項1〜3のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記制御手段の制御テーブルに記憶させた前記6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の各々が、前記接触ステップにおいて、前記組付部品と前記被組付部品とを同じ状態で、複数回、接触させた時に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の平均値である、請求項1〜4のいずれかに記載の部品組付装置。
- 組付部品を、組付治具上に載置される被組付部品に、順次、組み付けるロボット手段と、
前記組付部品と前記被組付部品の位置および姿勢を認識するために設けられた視覚認識装置と、
前記組付治具に取り付けられた6軸力覚検出装置とを備える部品組付装置であって、
前記視覚認識装置により、前記組付部品と、前記組付治具上に載置された被組付部品の位置及び姿勢を認識する認識ステップと、
前記認識ステップにおいて、前記視覚認識装置によって認識された前記組付部品と前記被組付部品の位置及び姿勢情報に基づいて、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、前記組付部品を前記被組付部品に接触させる接触ステップと、
前記接触ステップにおいて、前記組付部品を前記被組付部品に接触させた時の接触状態を、前記6軸力覚検出装置を用いて検出する6軸力覚検出ステップと、
前記6軸力覚検出ステップにおいて、前記6軸力覚検出装置により検出された検出値に基づいて、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態を判別する接触状態判別ステップと、
前記接触状態判別ステップにおける、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態の判別結果に応じて、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御するロボット手段制御ステップと、
前記ロボット手段制御ステップにより、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態を組み付けに最適な接触状態にする接触状態最適化ステップと、
前記接触状態最適化ステップにより、前記組付部品と前記被組付部品とが最適な接触状態になった後、前記組付部品を前記被組付部品に組み付ける組付ステップとを備え、
前記組付部品を、前記組付治具上に載置される被組付部品に、自動的に、組み付ける構成とされ、
前記ロボット手段は、前記ロボット手段を複数の動作パターンに動作させる制御手段を備え、
前記制御手段には、
前記6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値と、
前記複数の設定値の各々に対応するように設けられ、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御する複数の動作パターンと、
前記複数の設定値の各々に対応するように設けられ、前記複数の設定値の中、最適値とした設定値から前記複数の値の各々までのマハラノビスの汎距離とを備える制御テーブルが記憶されており、
前記接触状態判別ステップが、
前記6軸力覚検出装置が、前記6軸力覚検出ステップにおいて、前記組付部品が被組付部品に接触した時に実際に検出した検出値から、前記制御テーブルに記憶させた複数の設定値の中、最適値とした設定値までのマハラノビスの汎距離を求める距離算出ステップと、
前記距離算出ステップにおいて算出されたマハラノビスの汎距離と、前記制御テーブルに記憶させたマハラノビスの汎距離とを対比して、前記制御テーブルに記憶させたマハラノビスの汎距離の各々の中、その差分が最も小さい値となるマハラノビスの汎距離に対応する動作パターンを選択する選択ステップとを備え、
前記接触状態最適化ステップにおいて、前記接触状態判別ステップで選択された動作パターンにしたがって、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御することを特徴とする部品組付装置。 - 前記接触状態判別ステップの選択ステップにおいて、前記6軸力覚検出装置が検出する検出値として予め記憶させた複数の設定値の中、最適値に対応する動作パターン以外の動作パターンの選択が頻繁に行われるようになった場合には、最新に選択された動作パターンを複数回記憶し、記憶された複数回の動作パターン中、最も選択の多かった動作パターンに対応する設定値を最適値に変更するようにした、請求項6に記載の部品組付装置。
- 前記6軸力覚検出装置の座標軸と、前記ロボット手段が、前記組付部品を前記組付治具上に載置される被組付部品に組み付ける組付方向とを一致させるようにした、請求項1〜7のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記組付ステップ中のある所定の工程において、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値に基づいて、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、前記組付ステップの所定の工程において、前記組付部品と前記被組付部品との接触状態が、前記組付ステップの所定の工程に於ける組み付けに最適な接触状態にする部品組付状態最適化ステップを更に備える、請求項1〜8のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記ロボット手段は、前記制御手段の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点に基づいて、実行するようにされており、前記部品組付状態最適化ステップを、前記組付ステップの所定の工程において、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、組付作業終了後に、前記組付ステップの所定の工程の教示点を修正するようにした、請求項9に記載の部品組付装置。
- 前記ロボット手段は、前記制御手段の制御テーブルに記憶させた動作パターンの各々を、教示点に基づいて、実行するようにされており、前記部品組付状態最適化ステップを、前記組付ステップの所定の工程において、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値から、組付中の組付部品と被組付部品との間の位置ずれ方向を推察し、前記組付ステップの所定の工程における教示点を修正し、修正された教示点により、前記ロボット手段の位置及び姿勢を制御して、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値が所定の設定値になった後に、前記組付ステップの所定の工程を行うようにした、請求項9に記載の部品組付装置。
- 前記ロボット手段の制御手段に、予め、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化を記憶させておき、前記組付部品の前記被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度を評価することによって行うようにした、請求項1〜11のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させる、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化が、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値を複数回取り、前記複数回の検出値の平均値である、請求項12に記載の部品組付装置。
- 前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、比較区間を限定して行うようにした、請求項12又は請求項13に記載の部品組付装置。
- 前記比較区間を時間と共に移動させるようにした、請求項14に記載の部品組付装置。
- 前記比較区間の幅を、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化の波形によって変化させるようにした、請求項14又は請求項15に記載の部品組付装置。
- 前記組付部品の前記被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値以下となった時点で、失敗と判定するようにした、請求項12〜16のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記組付部品の前記被組付部品への実際の組み付けが成功したか否かの判定を、前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した一軸の検出値と、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価値が、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の一軸の変化の波形群により決定される相関度のしきい値にある値を加減乗除した値以下となった時点で、失敗と判定するようにした、請求項12〜16のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相互相関関数値によって評価するようにした、請求項12〜18のいずれかに記載の部品組付装置。
- 前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関度の評価を、前記組付部品を前記被組付部品へ実際に組み付ける際に、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の対応する一軸の変化と、前記ロボット手段の制御手段に、予め、記憶させた、前記組付部品の前記被組付部品への組み付けが成功した場合の、前記6軸力覚検出装置が検出した検出値の一軸の変化との相関係数の値によって評価するようにした、請求項12〜18のいずれかに記載の部品組付装置。
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