JP6099554B2 - 部品組み立て装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、ロボットなどを用いた部品組み立て装置に関するものである。

近年、電子部品組み立てなどの生産現場において、産業用ロボットの導入により自動化・効率化が積極的に推進されてきた。
産業用ロボットは、そのスピード、パワー、（位置）精度の面において人の能力を大幅に上回っており、シンプルな形状で寸法誤差の少ない部品を高速かつ大量に組み立てるのに適している。
一方、人の手作業では、形状が複雑で比較的寸法誤差の多い部品や、ケーブルなどの柔軟物であっても、目からの情報と手先の感覚を総合的に利用して部品嵌合の位置を探り当てて組み立てることができる。

特開２００５−５９１１８号公報 特開２００６−３１２２１６号公報

ここで、大きく、重く、剛性の高い産業用ロボットが人と同じように形状が複雑で比較的寸法誤差の多い、または精度の厳しい部品を安全に組み立てるため、従来から以下の方法が用いられている。
（１）ロボットが所定の速度で接触しても問題がないような衝撃吸収機構と部品位置誤差吸収機構を組み立て部品の治具毎に設置する。
（２）ロボットとハンドなどのエンドエフェクタの間に力センサを設置し、組み立て時に過大な力が発生しないように位置を制御する。
（３）ロボットとハンドなどのエンドエフェクタの間にＲＣＣ（リモート・コンプライアンス）のようなパッシブ・コンプライアンスを設置する。

上記（１）の方法では、治具を組み立て部品に特化するため比較的高速に組み立てが可能である。しかしながら、部品毎に衝撃吸収機構と位置誤差吸収機構が必要なため装置自体が大型化して高価となり、また組み立て部品の種類が変わった場合に柔軟に対応できない。
一方、上記（２）の方法では、衝撃吸収のための治具が必要なくなり、プログラムで組み立て部品の変更にも対応できる。しかしながら、力センサによる力制御の必要な組み立て動作は遅く、力センサも高価である。
また、上記（３）の方法では位置誤差吸収が可能である。しかしながら、組み立て部品の種類が変わった場合、都度調整が必要という課題が残る。

上記の課題を解決するためには、ロボットとハンドなどのエンドエフェクタの間に、小型、軽量で組み立て部品の種類や組み立て方法に合わせて接触速度や接触力、コンプライアンスなどの特性を変化可能なデバイスを設置して、衝撃や位置誤差を吸収するようにすればよい。

この衝撃や位置誤差の吸収のための接触速度や接触力、コンプライアンスなどの制御は力センサを設置したロボット単体でも実現可能である。しかしながら、大きく、重く、剛性が高いロボットで安全に破損することなく部品同士を接触させるためには、寸法誤差や把持誤差のワーストケースを考え、部品同士が接触する箇所の手前より十分速度を落とす必要があるという課題がある。
また、部品同士が接触した後には、位置誤差を吸収し倣わせながら、部品の種類や組み立て方法に最適な作業力で組み立てを行う必要がある。しかしながら、摩擦の多い減速機構を有するロボット単体で微妙な力やコンプライアンスの制御を高速に行うことは力センサを設置しても難しいという課題がある。

従って、あまり大きな力を必要としない組み立てにおいては、衝撃や位置誤差の吸収のための接触速度や接触力、コンプライアンスなどの制御は、大きく、重く、剛性が高く、摩擦の多いロボットで行うより、小さく、軽く、剛性が変えられ、摩擦の少ないダイレクトドライブのアクチュエータなどで行う方が有利である。
そして、そのアクチュエータはエンドエファクタ近くにある方がアクチュエータの支える重量が少なく小型化できるため有利であり、エンドエフェクタ自体、例えばハンドの把持爪などに前記のコンプライアンス機能などがあれば更によい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、形状が複雑で比較的寸法誤差の多い部品を組み立てる際に、過大な力が発生しても吸収して倣わせることができる部品組み立て装置を提供することを目的としている。

この発明に係る部品組み立て装置は、所定方向に移動することで対象物を把持する複数の把持爪と、各把持爪に対となって設けられ、対応する把持爪を独立に移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、各把持爪が発生する推力の加算値が一定になるようにして当該各把持爪の把持力を制御するとともに、当該各把持爪が発生する推力の差分に基づき当該把持爪の移動方向を制御するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、形状が複雑で比較的寸法誤差の多い部品を組み立てる際に、過大な力が発生しても吸収して倣わせることができる。

従来の電動ハンドの一例を示す図であり、（ａ）把持爪を開いた状態を示す正面図であり、（ｂ）把持爪を閉じた状態を示す正面図であり、（ｃ）把持爪と、駆動用モータ及びカムとの関係を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドの概要を示す図であり、（ａ）把持爪を開いた状態を示す正面図であり、（ｂ）把持爪を閉じた状態を示す図であり、（ｃ）把持爪と、駆動用モータ及びカムとの関係を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドの制御ブロックの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドによる丸棒の把持を示す図であり、（ａ）丸棒の中心位置が把持爪中心軸と一致する状態を示す図であり、（ｂ）丸棒の中心位置が把持爪中心軸からずれた状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドの制御ブロックの構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、従来の電動ハンドの一例について、図１を参照しながら説明する。尚、図１では、ピン４，５と駆動用モータ６及びカム７との関係を示すため、その位置を変更して示し、また、把持爪１，２の爪先の図示を省略している。

従来の電動ハンドには、図１に示すように、所定方向に移動することで対象物を把持する把持爪１，２が設けられている。この把持爪１，２は、リニアガイド３により支持され、当該リニアガイド３の軸方向（図１（ａ），（ｂ）に示す左右方向）に各々独立して移動可能となっている。
また、把持爪１，２には、各々の移動面に対して略垂直な向きにピン４，５が立てられている。このピン４，５は、図１に示すように、駆動用モータ６の回転軸を中心に対称で螺旋状に配置されたカム溝７１を有するカム７により案内される。

ここで、図１（ａ）に示すように、把持爪１，２が一番開いた状態においては、把持爪１，２のピン４，５はカム溝７１の外周近傍に案内されている。一方、駆動用モータ６が反時計回り方向に回転し始めると、ピン４，５がカム溝７１に案内されることにより、把持爪１，２がリニアガイド３に沿って各々把持中心方向に移動する。そして、図１（ｂ）に示すように、ピン４，５がカム溝７１の内周近傍まで案内された時点で把持爪１，２が閉じる構成となっている。

上記のような従来構成は特許文献１などにおいても開示されており、シンプルな構成で把持中心位置を正確に出すことができ、駆動用モータ６の回転トルクを変化させることで把持力もコントロールできる利点がある。
しかし、発明が解決しようとする課題で述べた通り、形状が複雑で比較的寸法誤差の多い部品を組み立てるには部品同士の相対位置誤差を吸収し倣わせる機能が必要であるが、上記のような従来型の電動ハンドでは組み立て時に過大な力が発生しても吸収して倣わせることは難しいという課題がある。

次に、本発明の部品組み立て装置を適用した電動ハンドの概要について示す。図２はこの発明の実施の形態１に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドの概要を示す図であり、図３は電動ハンドの制御ブロックの構成例を示す図である。尚、図２では、ピン１４，１５と駆動用モータ１６，１８及びカム１７，１９との関係を示すため、その位置を変更して示し、また、把持爪１１，１２の爪先の図示を省略している。

本発明の電動ハンドには、図２に示すように、所定方向に移動することで対象物を把持する把持爪１１，１２が設けられている。この把持爪１１，１２は、リニアガイド１３により支持され、当該リニアガイド１３の軸方向（図２（ａ），（ｂ）に示す左右方向）に各々独立して移動可能となっている。
また、把持爪１１，１２には、各々の移動面に対して略垂直な向きにピン１４，１５が立てられている。図２に示すように、ピン１４は、駆動用モータ（駆動部）１６の回転軸を中心に螺旋状に配置されたカム溝１７１を有するカム１７により、ピン１５は、駆動用モータ（駆動部）１８の回転軸を中心に螺旋状に配置されたカム溝１９１を有するカム１９により、各々独立して案内される。

ここで、図２（ａ）に示すように、把持爪１１，１２が一番開いた状態においては、把持爪１１，１２のピン１４，１５はカム溝１７１，１９１の外周近傍に案内されている。一方、駆動用モータ１６が反時計回り方向に、駆動用モータ１８が時計周り方向に回転し始めると、ピン１４，１５がカム溝１７１，１９１に案内されることにより、把持爪１１，１２がリニアガイド１３に沿って各々把持中心方向に移動する。そして、図２（ｂ）に示すように、ピン１４，１５がカム溝１７１，１９１の内周近傍まで案内された時点で把持爪１１，１２が閉じる構成となっている。

尚、カム溝１７１，１９１は螺旋状に構成されているため、駆動用モータ１６，１８の回転トルクが一定でも、ピン１４，１５がカム１７，１９の外周に向かうほど、つまり把持爪１１，１２が開くにつれて、把持力は低下する。
また、上記リニアガイド１３及びカム１７，１９は、駆動用モータ１６，１８の回転トルクを把持爪１０，１１の推力に変換するトルク変換機構を構成する。

また、図３に示すように、駆動用モータ１６，１８には、それぞれ駆動用モータ１６，１８の回転位置を検出可能なロータリーエンコーダなどの回転位置検出器２０，２１が取り付けられている。そして、制御部２２は、回転位置検出器２０，２１から出力されたパルス数を取得して駆動用モータ１６，１８の回転位置を得ることで、駆動用モータ１６，１８の制御を行う。この際、制御部２２は、各把持爪１１，１２が発生する推力の加算値が一定になるようにして当該各把持爪１１，１２の把持力を制御するとともに、当該各把持爪１１，１２が発生する推力の差分に基づき当該把持爪１１，１２の移動方向を制御する。

本発明の電動ハンドの従来の電動ハンドとの機構的な相違点は、カム溝１７１，１９１の構成と各々の把持爪１１，１２を独立した駆動用モータ１６，１８で制御する点である。一方、特許文献２などにおいても各々の把持爪を独立した駆動用モータで制御する構成が開示されている。
しかしながら、特許文献２では、カム溝の形状を工夫することで把持可能な形状の拡大と正確なセンタリングを目指したものであり、部品同士の相対位置誤差を吸収し倣わせる手段については触れておらず、発明が解決しようとする課題を解消するものではない。

次に、制御部２２の構成について、図３を参照しながら説明する。
制御部２２は、図３に示すように、アップ・ダウンカウンタ２２１，２２２、把持爪位置変換部２２３，２２４、推力算出部２２５、目標推力変換部２２６，２２７、速度検出部２２８，２２９、減算器２３０，２３１及びモータ駆動用ドライバ２３２，２３３から構成されている。

アップ・ダウンカウンタ２２１は、回転位置検出器２０により出力されたパルス数をカウントすることで、駆動用モータ１６の回転位置を検出するものである。
アップ・ダウンカウンタ２２２は、回転位置検出器２１により出力されたパルス数をカウントすることで、駆動用モータ１８の回転位置を検出するものである。
尚、駆動用モータ１６，１８は互いに逆方向に回転し、把持爪１１，１２が開くに従い、アップ・ダウンカウンタ２２１，２２２による出力が増加するものとする。

把持爪位置変換部２２３は、駆動用モータ１６の回転位置とリニアガイド１３軸上の把持爪１１の位置との関係について予め定められた参照データに基づいて、アップ・ダウンカウンタ２２１により検出された駆動用モータ１６の回転位置を、リニアガイド１３軸上の把持爪１１の位置（把持爪位置Ｐ１）に変換するものである。
把持爪位置変換部２２４は、駆動用モータ１８の回転位置とリニアガイド１３軸上の把持爪１２の位置との関係について予め定められた参照データに基づいて、アップ・ダウンカウンタ２２２により検出された駆動用モータ１８の回転位置を、リニアガイド１３軸上の把持爪１２の位置（把持爪位置Ｐ２）に変換するものである。

推力算出部２２５は、把持爪位置変換部２２３，２２４により換算された把持爪位置Ｐ１，Ｐ２と、入力された目標把持力ｆｒ／２及び把持爪中心目標位置Ｐｒとに基づいて、把持爪１１，１２の推力指令値ｆ１，ｆ２を算出するものである。この推力算出部２２５は、減算器２３４、比較器２３５、増幅器２３６、加算器２３７及び減算器２３８から構成されている。

減算器２３４は、把持爪位置変換部２２３により換算された把持爪位置Ｐ１から、把持爪位置変換部２２４により換算された把持爪位置Ｐ２を減算するものである。ここで、把持爪１１の位置Ｐ１から把持爪１２の位置Ｐ２を減算した値は、把持中心のずれ量（把持中心位置ずれＰｄ）を表し、実際のずれ量はＰ１−Ｐ２を２で割った値となる。尚、把持爪１１の位置Ｐ１と把持爪１２の位置Ｐ２とを加算した値は、把持爪１１，１２の開いた間隔を表す。

比較器２３５は、入力された把持爪中心目標位置Ｐｒの反転値から、減算器２３４から入力された把持中心位置ずれＰｄを加算するものである（目標位置Ｐｒはリニアガイド１３中心を零として正負の値をとる）。
増幅器２３６は、比較器２３５により得られた値を、所定のゲインＧで増幅するものである。

加算器２３７は、入力された目標把持力ｆｒ／２と、増幅器２３６により得られた値とを加算して、把持爪１１の推力指令値ｆ１とするものである。
減算器２３８は、入力された目標把持力ｆｒ／２から、増幅器２３６により得られた値を減算して、把持爪１２の推力指令値ｆ２とするものである。

目標推力変換部２２６は、駆動用モータ１６の回転トルクとリニアガイド１３軸上の把持爪１１の発生推力との関係について予め定められた参照データに基づいて、推力算出部２２５により算出された推力指令値ｆ１と、把持爪位置変換部２２３により換算された把持爪位置Ｐ１とから、目標とする把持爪１１の推力を発生するために必要な回転トルクを求めるものである。
目標推力変換部２２７は、駆動用モータ１８の回転トルクとリニアガイド１３軸上の把持爪１２の発生推力との関係について予め定められた参照データに基づいて、推力算出部２２５により算出された推力指令値ｆ２と、把持爪位置変換部２２４により換算された把持爪位置Ｐ２とから、目標とする把持爪１２の推力を発生するために必要な回転トルクを求めるものである。

速度検出部２２８は、アップ・ダウンカウンタ２２１により検出された駆動用モータ１６の回転位置を微分して把持爪１１の移動速度を算出するものである。
速度検出部２２９は、アップ・ダウンカウンタ２２２により検出された駆動用モータ１８の回転位置を微分して把持爪１２の移動速度を算出するものである。

減算器２３０は、目標推力変換部２２６により求められた回転トルクから、速度検出部２２８により得られた値を減算し、減算器２３１は、目標推力変換部２２７により求められた回転トルクから、速度検出部２２９により得られた値を減算して、各々のモータ駆動用ドライバ２３２，２３３に速度成分をフィードバックする。これにより、把持爪位置制御の安定化を行うことができる。

モータ駆動用ドライバ２３２は、減算器２３０を介して目標推力変換部２２６から入力された回転トルクに基づいて、駆動用モータ１６が同じ値の回転トルクを発生するように制御するものである。
モータ駆動用ドライバ２３１は、減算器２３１を介して目標推力変換部２２７から入力された回転トルクに基づいて、駆動用モータ１８が同じ値の回転トルクを発生するように制御するものである。

次に、上記のように構成された電動ハンドにおいて、把持力を一定に保ったまま位置やコンプライアンス調整機能を実現する方法について詳細に説明する。尚、把持爪１１，１２が閉じた状態におけるリニアガイド１３軸上の把持爪１１，１２の位置を原点とし、そのときの回転位置検出器２０，２１の回転位置を零とする。

まず、単に把持力を一定に保つ場合について説明する（把持中心位置ずれＰｄ及び把持爪中心目標位置Ｐｒが零の場合）。
この場合、目標推力変換部２２６，２２７の入力には、加減算器２３８，２３９を介して目標把持力ｆｒの１／２の値が把持爪１１，１２の推力指令値ｆ１，ｆ２として与えられる。
そして、この推力指令値ｆ１，ｆ２が与えられることによって、駆動用モータ１６，１８が互いに逆方向に回転し把持爪１１，１２が閉じる方向に移動し始める。その後、把持爪１１，１２が各々把持対象物に接触し停止した時点で把持動作が完了する。

このときの把持力は、ｆ１＋ｆ２であり、把持爪１１，１２の中心位置に関係なく常に目標把持力ｆｒと等しくなっている。しかしながら、この状態では外から力を加えると把持爪中心の位置は動いてしまう。

次に、把持力を常に一定に保ったままコンプライアンス機能を持たせる方法について説明する（把持爪中心目標位置Ｐｒが零の場合）。
図３において、減算器２３４により把持爪１１の位置Ｐ１から把持爪１２の位置Ｐ２を減算した値は把持中心のずれ量（把持中心位置ずれＰｄ）を表し、実際のずれ量はＰ１−Ｐ２を２で割った値となることは前に説明した。

そして、この把持中心位置ずれＰｄを比較器２３５及び増幅器２３６を介して加算器２３７で把持爪１１の目標把持力ｆｒ／２に加算すると同時に、減算器２３８で把持爪１２の目標把持力ｆｒ／２から減算する。

ここで把持中心位置ずれＰｄが零でない場合を考える。このとき、把持爪１１の推力指令値ｆ１と把持爪１２の推力指令値ｆ２は、増幅器２３６のゲインをＧとすると式（１）と式（２）で表される。
ｆ１＝ｆｒ／２＋Ｇ・Ｐｄ （１）
ｆ２＝ｆｒ／２−Ｇ・Ｐｄ （２）

また、式（１）と式（２）における把持爪１１の発生推力と把持爪１２の発生推力は互いに向きが逆であるため、把持力は式（３）、把持中心位置ずれＰｄに比例して発生する位置ずれ応力は式（４）で表される。
把持力＝ｆ１＋ｆ２＝（ｆｒ／２＋Ｇ・Ｐｄ）＋（ｆｒ／２−Ｇ・Ｐｄ）＝ｆｒ
（３）
位置ずれ応力＝ｆ１−ｆ２＝（ｆｒ／２＋Ｇ・Ｐｄ）−（ｆｒ／２−Ｇ・Ｐｄ）＝２Ｇ・Ｐｄ （４）

上式より、把持力は把持中心位置ずれＰｄの影響を受けず一定値ｆｒであり、把持中心位置ずれＰｄに応じて発生する位置ずれ応力は、その大きさが把持中心位置ずれＰｄに比例し、向きが把持中心位置方向であることが分かる。
このことは、本発明の構成により、把持力を変えないでコンプライアンス機能をもつ電動ハンドが実現できることを意味する。

次に、把持力を常に一定に保ったまま把持対象物を任意の位置に移送する方法について説明する。
図３において、把持中心位置ずれＰｄを比較器２３５及び増幅器２３６を介して加算器２３７で把持爪１１の目標把持力ｆｒ／２に加算すると同時に、減算器２３８で把持爪１２の目標把持力ｆｒ／２から減算することで、把持力を変えないでコンプライアンス機能をもたせることができることは前に説明した。

ここで、比較器２３５に入力される把持爪中心目標位置Ｐｒが零ではない場合を考える。このとき、把持爪１１の推力指令値ｆ１と把持爪１２の推力指令値ｆ２は、増幅器２３６のゲインをＧとすると式（５）と式（６）で表される。
ｆ１＝ｆｒ／２＋Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ） （５）
ｆ２＝ｆｒ／２−Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ） （６）

従って、把持力と把持爪中心目標位置Ｐｒに対する把持中心位置ずれＰｄで発生する位置ずれ応力は式（７）と式（８）で表される。
把持力＝ｆ１＋ｆ２＝（ｆｒ／２＋Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ））＋（ｆｒ／２−Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ））＝ｆｒ （７）
位置ずれ応力＝ｆ１−ｆ２＝（ｆｒ／２＋Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ））−（ｆｒ／２−Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ））＝２Ｇ・（Ｐｄ−Ｐｒ） （８）

上式より、把持力は把持中心位置ずれＰｄの影響を受けず一定値ｆｒであり、把持爪中心目標位置Ｐｒに対する把持中心位置ずれＰｄに応じて発生する位置ずれ応力は、その大きさが把持爪中心目標位置Ｐｒから把持中心位置ずれＰｄを減算した値（Ｐｒ−Ｐｄ）に比例し、向きが把持爪中心目標位置Ｐｒ方向であることが分かる。よって、把持爪１１，１２は把持力を一定に保ったまま把持爪中心目標位置Ｐｒまで把持対象物を移送することができる。

尚、実施の形態１では、駆動用モータ１６，１８の回転運動をカム１７，１９とリニアガイド１３で直線運動に変換する形態の電動ハンドについて説明したが、駆動用モータ１６，１８に直線的な動作を行うリニアモータなどを用いた形態の電動ハンドであってもよい。後者の場合、駆動用モータ１６，１８の発生推力がそのまま把持爪１１，１２の推力となるので、図３の制御部２２における目標推力変換部２２６，２２７の入力と出力の値が等しくなる。

また、本発明では、従来構成に対して駆動用モータ１６，１８の数が増えている。これに関して、例えば同定格の駆動モータを２個使用した場合、把持力も倍増するので、従来構成で推力を倍にした場合と比較してスペース面で不利になることもない。

以上のように、この実施の形態１によれば、所定方向に移動することで対象物を把持する複数の把持爪１１，１２と、各把持爪１１，１２に対となって設けられ、対応する把持爪１１，１２を独立に移動させる駆動用モータ１６，１８と、駆動用モータ１６，１８を制御する制御部２２とを備え、制御部２２は、各把持爪１１，１２が発生する推力の加算値が一定になるようにして当該各把持爪１１，１２の把持力を制御するとともに、当該各把持爪１１，１２が発生する推力の差分に基づき当該把持爪１１，１２の移動方向を制御するように構成したので、形状が複雑で比較的寸法誤差の多い部品を組み立てる際に、過大な力が発生しても吸収して倣わせることができる。

すなわち、各々独立した駆動用モータ１６，１８により所定方向に移送される複数の把持爪１１，１２が発生する推力の加算値が一定になるように制御するように構成したので、対象物を把持爪１１，１２の任意の位置で把持しても常に把持力が一定になる。
また、各々独立した駆動用モータ１６，１８により所定方向移送される複数の把持爪１１，１２が発生する推力の差分に基づき把持爪１１，１２の移動方向を制御するように構成したので、把持力を一定に保ったまま任意の位置に対象物を移送できる。
また、各々独立した駆動用モータ１６，１８により所定方向移送される複数の把持爪１１，１２が発生する推力の差分を、把持爪中心の所定の基準位置からのずれ量に比例するように構成したので、把持力を一定に保ったままコンプライアンス機能を持たせることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、把持爪１１，１２及び駆動用モータ１６，１８の数が２つであり、当該把持爪１１，１２の移動方向が１軸である電動ハンドを用いた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば、把持爪及び駆動用モータの数を３つとし、当該把持爪の移動方向が２軸又は３軸である電動ハンドを用いるようにしてもよい。以下、３軸の電動ハンドに本発明の部品組み立て装置を適用した場合について示す。

実施の形態２の部品組み立て装置を適用した電動ハンドの概要について示す。図４はこの発明の実施の形態２に係る部品組み立て装置を適用した電動ハンドによる丸棒の把持を示す図であり、図５は電動ハンドの制御ブロックの構成例を示す図である。尚、図５では、把持爪２３〜２５の記載を省略している。

実施の形態２の電動ハンドには、図４，５に示すように、所定方向に移動することで対象物を把持する把持爪２３〜２５が設けられている。３つの把持爪２３〜２５は、所定の一点を中心に半径方向に１２０°間隔で等距離に配置されている。この把持爪２３〜２５は、リニアガイド（不図示）により支持され、当該リニアガイドの軸方向に各々独立して移動可能となっている。
また、把持爪２３〜２５には、各々の移動面に対して略垂直な向きにピン（不図示）が立てられている。各ピンは、実施の形態１と同様に、各独立した駆動用モータ（駆動部）２６〜２８の回転軸を中心に螺旋状に配置されたカム溝を有するカム２９〜３１により、各々独立して案内される。

ここで、実施の形態１と同様に、把持爪２３〜２５が一番開いた状態においては、把持爪２３〜２５のピンはカム溝の外周近傍に案内されている。一方、駆動用モータ２６〜２８が特定方向に回転し始めると、ピンがカム溝に案内されることにより、把持爪２３〜２５がリニアガイドに沿って各々把持中心方向に移動する。そして、ピンがカム溝の内周近傍まで案内された時点で把持爪２３〜２５が閉じる構成となっている。

尚、カム溝は螺旋状に構成されているため、駆動用モータ２６〜２８の回転トルクが一定でも、ピンがカム２９〜３１の外周に向かうほど、つまり把持爪２３〜２５が開くにつれて、把持力は低下する。
また、上記リニアガイド及びカム２９〜３１は、駆動用モータ２６〜２８の回転トルクを把持爪２３〜２５の推力に変換するトルク変換機構を構成する。

また、図５に示すように、駆動用モータ２６〜２８には、それぞれ駆動用モータ２６〜２８の回転位置を検出可能なロータリーエンコーダなどの回転位置検出器３２〜３４が取り付けられている。そして、制御部３５は、回転位置検出器３２〜３４から出力されたパルス数を取得して駆動用モータ２６〜２８の回転位置を得ることで、駆動用モータ２６〜２８の制御を行う。この際、制御部３５は、各把持爪２３〜２５が発生する推力ｆ１，ｆ２，ｆ３の加算値が一定になるようにして当該各把持爪２３〜２５の把持力を制御するとともに、当該各把持爪２３〜２５が発生する推力の差分に基づき当該把持爪２３〜２５の移動方向を制御する。

次に、制御部３５の構成について、図５を参照しながら説明する。
制御部３５は、図５に示すように、アップ・ダウンカウンタ３５１〜３５３、把持爪位置変換部３５４〜３５６、推力算出部３５７、目標推力変換部３５８〜３６０、速度検出部３６１〜３６３、減算器３６４〜３６６及びモータ駆動用ドライバ３６７〜３６９から構成されている。

アップ・ダウンカウンタ３５１は、回転位置検出器３２により出力されたパルス数をカウントすることで、駆動用モータ２６の回転位置を検出するものである。
アップ・ダウンカウンタ３５２は、回転位置検出器３３により出力されたパルス数をカウントすることで、駆動用モータ２７の回転位置を検出するものである。
アップ・ダウンカウンタ３５３は、回転位置検出器３４により出力されたパルス数をカウントすることで、駆動用モータ２８の回転位置を検出するものである。
尚、把持爪２３〜２５が開くに従い、アップ・ダウンカウンタ３５１〜３５３による出力が増加するものとする。

把持爪位置変換部３５４は、駆動用モータ２６の回転位置とリニアガイド軸上の把持爪２３の位置との関係について予め定められた参照データに基づいて、アップ・ダウンカウンタ３５１により検出された駆動用モータ２６の回転位置を、リニアガイド軸上の把持爪２３の位置（把持爪位置Ｐ１）に変換するものである。
把持爪位置変換部３５５は、駆動用モータ２７の回転位置とリニアガイド軸上の把持爪２４の位置との関係について予め定められた参照データに基づいて、アップ・ダウンカウンタ３５２により検出された駆動用モータ２７の回転位置を、リニアガイド軸上の把持爪２４の位置（把持爪位置Ｐ２）に変換するものである。
把持爪位置変換部３５６は、駆動用モータ２８の回転位置とリニアガイド軸上の把持爪２５の位置との関係について予め定められた参照データに基づいて、アップ・ダウンカウンタ３５３により検出された駆動用モータ２８の回転位置を、リニアガイド軸上の把持爪２５の位置（把持爪位置Ｐ３）に変換するものである。

推力算出部３５７は、把持爪位置変換部３５４〜３５６により換算された把持爪位置Ｐ１〜Ｐ３と、入力された目標把持力ｆｒ／３、Ｘ方向目標位置及びＹ方向目標位置に基づいて、把持爪２３〜２５の推力指令値ｆ１〜ｆ３を算出するものである。この推力算出部３５７は、減算器３７０、増幅器３７１、比較器３７２，３７３、増幅器３７４〜３７６、加減算器３７７、加算器３７８及び減算器３７９から構成されている。

減算器３７０は、把持爪位置変換部３５４により換算された把持爪位置Ｐ１から、把持爪位置変換部３５５により換算された把持爪位置Ｐ２を減算するものである。
増幅器３７１は、減算器３７０により得られた値に、所定のゲイン（１／√３）を掛けるものである。

比較器３７２は、入力されたＸ方向目標位置の反転値から、増幅器３７１から入力された値を加算するものである（目標位置はリニアガイド中心を零として正負の値をとる）。
比較器３７３は、入力されたＹ方向目標位置の反転値から、把持爪位置変換部３５６から入力された把持爪位置Ｐ３を加算するものである（目標位置はリニアガイド中心を零として正負の値をとる）。
増幅器３７４は、比較器３７２により得られた値を、所定のゲインＧｘで増幅するものである。
増幅器３７５は、比較器３７３により得られた値を、所定のゲインＧｙで増幅するものである。
増幅器３７６は、増幅器３７５により得られた値を、所定のゲイン（１／２）で増幅するものである。

加減算器３７７は、入力された目標把持力ｆｒ／３から、増幅器３７４により得られた値を減算し、増幅器３７６により得られた値を加算して、把持爪２３の推力指令値ｆ１とするものである。
加算器３７８は、入力された目標把持力ｆｒ／３と、増幅器３７４により得られた値と、増幅器３７６により得られた値とを加算して、把持爪２４の推力指令値ｆ２とするものである。
減算器３７９は、入力された目標把持力ｆｒ／３から、増幅器３７５により得られた値を減算して、把持爪２５の推力指令値ｆ３とするものである。

目標推力変換部３５８は、駆動用モータ２６の回転トルクとリニアガイド軸上の把持爪２３の発生推力との関係について予め定められた参照データに基づいて、推力算出部３５７により算出された推力指令値ｆ１と、把持爪位置変換部３５４により換算された把持爪位置Ｐ１とから、目標とする把持爪２３の推力を発生するために必要な回転トルクを求めるものである。
目標推力変換部３５９は、駆動用モータ２７の回転トルクとリニアガイド軸上の把持爪２４の発生推力との関係について予め定められた参照データに基づいて、推力算出部３５７により算出された推力指令値ｆ２と、把持爪位置変換部３５５により換算された把持爪位置Ｐ２とから、目標とする把持爪２４の推力を発生するために必要な回転トルクを求めるものである。
目標推力変換部３６０は、駆動用モータ２８の回転トルクとリニアガイド軸上の把持爪２５の発生推力との関係について予め定められた参照データに基づいて、推力算出部３５７により算出された推力指令値ｆ３と、把持爪位置変換部３５６により換算された把持爪位置Ｐ３とから、目標とする把持爪２５の推力を発生するために必要な回転トルクを求めるものである。

速度検出部３６１は、アップ・ダウンカウンタ３５１により検出された駆動用モータ２６の回転位置を微分して把持爪２３の移動速度を算出するものである。
速度検出部３６２は、アップ・ダウンカウンタ３５２により検出された駆動用モータ２７の回転位置を微分して把持爪２４の移動速度を算出するものである。
速度検出部３６３は、アップ・ダウンカウンタ３５３により検出された駆動用モータ２８の回転位置を微分して把持爪２５の移動速度を算出するものである。

減算器３６４は、目標推力変換部３５８により求められた回転トルクから、速度検出部３６１により得られた値を減算し、減算器３６５は、目標推力変換部３５９により求められた回転トルクから、速度検出部３６２により得られた値を減算し、減算器３６６は、目標推力変換部３６０により求められた回転トルクから、速度検出部３６３により得られた値を減算して、各々のモータ駆動用ドライバ３６７〜３６９に速度成分をフィードバックする。これにより、把持爪位置制御の安定化を行うことができる。

モータ駆動用ドライバ３６７は、減算器３６４を介して目標推力変換部３５８から入力された回転トルクに基づいて、駆動用モータ２６が同じ値の回転トルクを発生するように制御するものである。
モータ駆動用ドライバ３６８は、減算器３６５を介して目標推力変換部３５９から入力された回転トルクに基づいて、駆動用モータ２７が同じ値の回転トルクを発生するように制御するものである。
モータ駆動用ドライバ３６９は、減算器３６６を介して目標推力変換部３６０から入力された回転トルクに基づいて、駆動用モータ２８が同じ値の回転トルクを発生するように制御するものである。

次に、上記のように構成された電動ハンドにおいて、図４（ａ）に示すように、半径ｒの丸棒を、個々の把持爪推力ｆ１〜ｆ３が等しい状態で把持している場合を考える。このとき、丸棒の中心位置は個々の把持爪中心軸が交わる点と一致する。

次に、ＸＹ平面における個々の軸方向のコンプライアンスを独立して制御する方法について述べる。ここで、丸棒の中心位置が個々の把持爪中心軸が交わる点と一致している状態（図４（ａ））から水平方向にΔＸ、垂直方向にΔＹだけずれた状態（図４（ｂ））を考える。

このとき、把持爪２３の位置をＰ１、把持爪２４の位置をＰ２、把持爪２５の位置をＰ３、把持爪２３の基準位置からの移動量をΔｐ１、把持爪２４の基準位置からの移動量をΔｐ２、把持爪２５の基準位置からの移動量をΔｐ３とすると、丸棒の水平方向ずれ量ΔＸと垂直方向ずれ量ΔＹとの関係は幾何学的に次式で表される。
ΔＸ＝１／√３（Ｐ１−Ｐ２）＝１／√３（Δｐ１＋Δｐ２） （９）
ΔＹ＝Ｐ１＋Ｐ２＝Δｐ１−Δｐ２＝Δｐ３ （１０）

また、把持爪２３の発生する推力をｆ１、把持爪２４の発生する推力をｆ２、把持爪２５の発生する推力をｆ３とすると、丸棒に加わる力の水平方向成分ｆｘと垂直方向成分ｆｙとの関係も幾何学的に次式で表現できる。
ｆｘ＝√３／２（ｆ１−ｆ２） （１１）
ｆｙ＝１／２（ｆ１＋ｆ２）−ｆ３ （１２）

次に、上式の関係より３軸方向に移送可能な把持爪２３〜２５を持つ電動ハンドで、ＸＹ平面における個々の軸方向のコンプライアンスを独立して制御する方法について具体的に説明する。
図５において、把持爪位置Ｐ１から把持爪位置Ｐ２を減算し係数１／√３を掛けると式（９）に示すΔＸが求められる。
またΔＹは把持爪位置Ｐ３の基準位置からのずれ量Δｐ３そのものである。

次に、求められたΔＸは図４（ｂ）に示すＸ方向目標位置と比較されるが、３つの把持爪２３〜２５が所定の一点を中心に半径方向に１２０°間隔で等距離に配置されている状態で把持する場合の目標位置を零として、Ｘ軸方向のコンプライアンスの強さを決める係数Ｇｘを掛けた後、駆動用モータ２７の推力指令を増やすと同時に、駆動用モータ２６の推力指令を減らす様に推力指令に加減算する。

上記のように構成すると、駆動用モータ２６の推力指令に加算する値と、駆動用モータ２７の推力指令より減算する値が、同じ値で逆方向であるため、Ｘ軸方向にΔＸのずれが発生した場合、そのずれ量に比例してもとの位置に戻そうとする力が発生するため、Ｘ軸方向のコンプライアンス動作を実現できる。

尚、前記のＸ軸方向のコンプライアンス動作は、駆動用モータ２６と駆動用モータ２７のみで実現されており、駆動用モータ２８は関与していない。

また、求められたΔＹは図４（ｂ）に示すＹ方向目標位置と比較されるが、３つの把持爪２３〜２５が所定の一点を中心に半径方向に１２０°間隔で等距離に配置されている状態で把持する場合の目標位置を零として、Ｙ軸方向のコンプライアンスの強さを決める係数Ｇｙを掛けた後、駆動用モータ２６と駆動用モータ２７の推力指令を増やすと同時に、駆動用モータ２８の推力指令を減らすように推力指令に加減算する。

このとき駆動用モータ２６と駆動用モータ２７の推力指令に加算する値は、駆動用モータ２８の推力指令から減算する値の１／２となる。

上記のように構成すると、駆動用モータ２６と駆動用モータ２７の推力指令に加算する値と、駆動用モータ２８の推力指令より減算する値が、同じ値で逆方向であるため、Ｙ軸方向にΔＹのずれが発生した場合、そのずれ量に比例してもとの位置に戻そうとする力が発生しＹ軸方向のコンプライアンス動作を実現できる。

尚、前記のＹ軸方向のコンプライアンス動作は、駆動用モータ２６と駆動用モータ２７及び駆動用モータ２８で実現される。

ここで、図５における個々の把持爪の推力指令値ｆ１〜ｆ３は次式で表される。
推力指令値ｆ１＝ｆｒ／３−ＧｘΔＸ＋Ｇｙ／２ΔＹ （１３）
推力指令値ｆ２＝ｆｒ／３＋ＧｘΔＸ＋Ｇｙ／２ΔＹ （１４）
推力指令値ｆ３＝ｆｒ／３−ＧｙΔＹ （１５）

また、把持力は次式で表される。
把持力ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＝（ｆｒ／３＋ｆｒ／３＋ｆｒ／３）＋（−ＧｘΔＸ＋Ｇｙ／２ΔＹ＋ＧｘΔＸ＋Ｇｙ／２ΔＹ）−ＧｙΔＹ＝ｆｒ＋ＧｙΔＹ−ＧｙΔＹ＝ｆｒ （１６）

上式から、３軸方向に移送可能な把持爪２３〜２５を持つ電動ハンドで、ＸＹ平面における個々の軸方向のコンプライアンスを独立して制御しながら、把持力を常に一定にすることが本発明の構成により可能であることがわかる。

尚、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１，２，１１，１２，２３〜２５ 把持爪
３，１３ リニアガイド
４，５，１４，１５ ピン
６，１６，１８，２６〜２８ 駆動用モータ（駆動部）
７，１７，１９，２９〜３１ カム
２０，２１，３２〜３４ 回転位置検出器
２２，３５ 制御部
７１，１７１，１９１ カム溝
２２１，２２２，３５１〜３５３ アップ・ダウンカウンタ
２２３，２２４，３５４〜３５６ 把持爪位置変換部
２２５，３５７ 推力算出部
２２６，２２７，３５８〜３６０ 目標推力変換部
２２８，２２９，３６１〜３６３ 速度検出部
２３０，２３１，２３４，２３８，３６４〜３６６，３７０，３７９ 減算器
２３７，３７８ 加算器
２３２，２３３，３６７〜３６９ モータ駆動用ドライバ
２３６，３７１，３７４〜３７６ 増幅器
２３５，３７２，３７３ 比較器
３７７ 加減算器

Claims (6)

1. 所定方向に移動することで対象物を把持する複数の把持爪と、
   前記各把持爪に対となって設けられ、対応する前記把持爪を独立に移動させる駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記各把持爪が発生する推力の加算値が一定になるようにして当該各把持爪の把持力を制御するとともに、当該各把持爪が発生する推力の差分に基づき当該把持爪の移動方向を制御する
   ことを特徴とする部品組み立て装置。
2. 前記各把持爪が発生する推力の差分は、当該把持爪間の所定の基準位置からのずれ量に比例する
   ことを特徴とする請求項１記載の部品組み立て装置。
3. 前記把持爪及び前記駆動部の数は２つであり、当該把持爪の移動方向は１軸である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の部品組み立て装置。
4. 前記把持爪及び前記駆動部の数は３つであり、当該把持爪の移動方向は２軸である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の部品組み立て装置。
5. 前記把持爪及び前記駆動部の数は３つであり、当該把持爪の移動方向は３軸である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の部品組み立て装置。
6. 前記駆動部は回転トルクを発生し、
   前記駆動部が発生する回転トルクを前記把持爪が発生する推力に変換するトルク変換機構を備えた
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の部品組み立て装置。

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