JPH1076492A - 部品挿入装置および部品挿入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットを用いてワークに形成した嵌装孔に
部品を挿入するに際し、ワークや部品に傷が発生するこ
とがなく、しかも部品挿入のサイクルタイムを短縮する
ことができる部品挿入装置、および部品挿入方法を提供
する。 【解決手段】 アッパープレート５ａと、ロワープレー
ト５ｂと、ロワープレート５ｂをアッパープレート５ａ
に対して上下動自在に支持するバランスシリンダ５ｃを
備えた緩衝機構５を介して把持した部品ＰをワークＷの
嵌装孔Ｈに挿入するに際し、ロワープレート５ｂがアッ
パープレート５ａに接近したときにロボットアームＡを
後退させると共に、荷重センサー２からの出力に基づい
てロボットアームＡの位置補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットを
用いて、ワークに形成された嵌挿孔に部品を挿入するた
めの技術に係わり、とくにワーク、あるいは部品を傷付
けることがなく、しかも部品挿入のサイクルタイムを短
縮することができる部品挿入装置および部品挿入方法に
関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】ワークの所定箇所に形
成された嵌挿孔に部品を挿入する作業をロボットを用い
て行うには、従来、ロボットアームの先端に、荷重セン
サーとコンプライアンス機構を介してチャックを取付
け、挿入すべき部品をチャックによって把持し、このと
きの挿入荷重を荷重センサーによってチェックしなが
ら、ワークに設けた嵌挿孔に挿入するようにしていた
が、部品挿入のサイクルタイムが長くなると共に、部品
あるいはワークに傷が付くことがあるという問題点があ
り、このような問題点を解消することがこのようなロボ
ットによる部品挿入作業における品質上および作業能率
上の課題となっていた。

【０００３】すなわち、図３は、上記したロボットによ
る部品挿入作業の制御を示すフローチャートであって、
ロボットアームは、あらかじめティーチングされた順序
に従って、ワークの嵌挿孔に挿入すべき部品が供給され
るフィーダの位置に移動し、まず、ステップＳ１００に
おいて挿入部品をチャックの先端部に把持する。

【０００４】次に、部品を把持したロボットアームは、
ティーチングに基づいて、ワークの嵌挿孔の直上位置ま
で移動し、ステップＳ１０１において、Ｚ方向すなわ
ち、ワークに形成された嵌挿孔に向けて、部品がワーク
に対して所定の距離に接近するまで早送りされる。

【０００５】ワークに対して，部品が所定の距離以内に
接近したのち、ロボットアームは、１回あたり、例えば
０．５ｍｍの挿入送りに移行し、ステップＳ１０２にお
いて、０．５ｍｍだけ挿入部品をワークに接近させたの
ち、ステップＳ１０３において荷重センサーにより挿入
荷重を測定する。そしてステップＳ１０４において、挿
入荷重が設定荷重以内であれば、ステップＳ１０５にお
いて挿入部品が挿入完了位置に到達したかどうかの判定
がなされ、挿入完了位置でなければステップＳ１０２に
戻り、同様の処理が繰り返される。

【０００６】そして、ワークの嵌挿孔とチャックに把持
された部品との間に芯ずれがない場合、あるいは多少の
芯ずれがあってもコンプライアンス機構による吸収範囲
内の場合には、ステップＳ１０３において測定された挿
入荷重が設定荷重を超えることなく、部品が嵌挿孔の挿
入完了位置に到達し、ステップＳ１０５において挿入部
品の挿入完了位置到達の判定がなされたのち、ステップ
Ｓ１０６において部品がアンチャックされ、ワーク嵌挿
孔への部品挿入が終了する。

【０００７】また、ワークの嵌挿孔と部品との間の芯ず
れが大きい場合には、挿入部品の先端部がワークの嵌挿
孔周縁部に当接することから、ステップＳ１０３におい
て測定された挿入荷重が増大し、ステップＳ１０４から
ステップＳ１０７に移行し、ステップＳ１０７におい
て、ステップＳ１０３における荷重測定時に得られた
Ｘ，Ｙ方向のモーメント荷重によって位置補正の計算が
なされる。

【０００８】そして、この補正計算結果に基づいてステ
ップＳ１０８において、ロボットアームのＸ，Ｙ方向の
位置補正がなされ、ステップＳ１０２に戻り、同様の処
理が行われる。このとき、ステップＳ１０７およびＳ１
０８によって挿入部品の嵌挿孔に対する芯ずれが解消さ
れているので、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５の
処理が数回繰り返されたのち、部品が嵌挿孔の挿入完了
位置に到達し、ステップＳ１０６においてアンチャック
され、ワーク嵌挿孔への部品挿入作業が終了する。

【０００９】すなわち、ステップＳ１０２において、例
えば０．５ｍｍの挿入送りを行ったのち、挿入荷重を測
定し（ステップＳ１０３）、挿入荷重が設定値を超えた
とき（ステップＳ１０４）に位置補正計算をなし（ステ
ップＳ１０７）、ロボットアームの位置補正を行う（ス
テップＳ１０８）ようにしているので、挿入送り中に挿
入荷重が設定値を超えたとしても、１回分の挿入送りが
終了するまでロボットアームを停止させることができな
いことから、ワークおよび挿入部品に過大な荷重がかか
って、ワークあるいは挿入部品に傷が発生することがあ
る。また、挿入送り（ステップＳ１０２）のたびごとに
挿入荷重を測定する（ステップＳ１０３）ようにしてい
るので、挿入時間よりもむしろ測定に時間がかかってし
まい、部品挿入作業のサイクルタイムが長いものとなっ
ている。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題に着目し
てなされたもので、ワークあるいは部品の傷発生を防止
することができ、しかも部品挿入のサイクルタイムを短
縮することができる部品挿入装置、およびこのような部
品挿入装置を用いた部品の挿入方法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】本発明の請求項１に係わ
る部品挿入装置は、ロボットアームに取付けられて、下
端側に備えたチャックに把持した部品をワークに形成さ
れた嵌挿孔に挿入する部品挿入装置であって、前記ロボ
ットアームとチャックの間に、荷重センサーと、コンプ
ライアンス機構と、アッパープレートとロワープレート
と該ロワープレートをアッパープレートに対して上下動
自在に支持するバランスシリンダを備えた緩衝機構と、
当該緩衝機構のアッパープレートに対してロワープレー
トが所定距離以内に接近したことを検知する位置センサ
ーが配設されている構成としたことを特徴としており、
このような部品挿入装置の構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。

【００１２】本発明の請求項２に係わる部品挿入方法
は、請求項１記載の部品挿入装置を介して部品を把持し
たロボットアームが部品の挿入方向に前進作動している
際に、緩衝機構のアッパープレートに対してロワープレ
ートが所定距離以内に接近したとき、ロボットアームを
あらかじめ定められた距離だけ後退させると共に、荷重
センサーからの出力データに基づいてロボットアームの
位置補正を行う構成としており、部品挿入方法における
このような構成を前述した従来の課題を解決するための
手段としたことを特徴としている。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係わる部品挿入装置は、上記構
成、すなわちロボットアームと挿入部品を把持するチャ
ックの間に、荷重センサーと、コンプライアンス機構
と、緩衝機構を備えると共に、緩衝機構がアッパープレ
ートと、ロワープレートと、アッパープレートに対して
ロワープレートを上下動自在に支持するバランスシリン
ダからなり、アッパープレートに対してロワープレート
が所定距離以内に接近したことを検知するセンサーを備
えた構成のものであるから、ワークの嵌挿孔とチャック
に把持された部品との間の芯ずれがない場合、あるいは
芯ずれがあっても小さい場合にはコンプライアンス機構
によって位置補正が行われ、部品挿入を円滑に行うこと
ができる。また、ワークの嵌挿孔と部品との芯ずれが大
きく、挿入送りによって部品が嵌挿孔の周縁部に当接し
た場合には、緩衝機構が作動して部品を把持したチャッ
クと共に緩衝機構のロワープレートがアッパープレート
に対して相対上昇するので、挿入しようとする部品とワ
ークの間に荷重がほとんどかからなくなることから、挿
入部品やワークの傷発生を未然に防止することができる
という極めて優れた効果をもたらすものである。

【００１４】本発明に係わる部品挿入方法においては、
上記部品挿入装置を取付けたロボットアームがワークに
対して前進作動している際に、緩衝機構のアッパープレ
ートに対してロワープレートが所定距離以内に接近した
とき、ロボットアームをあらかじめ定められた距離だけ
後退させると共に、荷重センサーからの出力データに基
づいてロボットアームの位置補正を行うようにしてい
る。すなわち、ロワープレートが所定距離以内に接近す
るまで、つまりチャックに把持された部品がワークの嵌
挿孔周縁部に当接して緩衝機構が作動するまでは、荷重
センサーによる挿入荷重の測定が行われず、挿入部品の
挿入送りが連続的になされるようになることから、挿入
送り開始から部品がワークに当接するまでの間の荷重測
定とデータ処理に相当する時間分だけ部品挿入作業のサ
イクルタイムの短縮が可能になるという極めて優れた効
果がもたらされる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明
する。

【００１６】図１は、本発明に係わる部品挿入装置の一
実施例を示す部分破断正面図であって、図に示す部品挿
入装置１は、ロボットアームＡの先端取付面に取付けら
れた荷重センサー２と、コンプライアンス機構３と、部
品Ｐを把持するチャック４と、コンプライアンス機構３
とチャック４の間に介在する緩衝機構５から主に構成さ
れている。

【００１７】荷重センサー２は、この実施例では６軸セ
ンサーが適用されており、部品Ｐの挿入方向であるＺ軸
方向、Ｚ軸に直交するＸ軸，Ｙ軸方向の荷重およびこれ
ら各軸回りのモーメント荷重を検出できるようになって
いる。

【００１８】コンプライアンス機構３は、ＲＣＣ（ｒｅ
ｍｏｔｅ ｃｅｎｔｅｒ ｃｏｍ−ｐｌｉａｎｃｅ）機
構と称されるものであって、挿入に際して、チャック４
に把持された部品ＰがワークＷに形成された嵌挿孔Ｈの
面取部Ｂに当接した場合には、部品Ｐが横方向に力を受
けて嵌挿孔Ｈの中心方向に移動し、部品Ｐが斜めに嵌挿
孔Ｈに当接するときは、嵌挿孔Ｈの内壁からの反力によ
って嵌挿孔Ｈの中心軸に部品Ｐの中心軸が一致する方向
に回転するようになっており、嵌挿孔Ｈと部品Ｐとの間
の比較的小さい芯ずれを吸収して、高速かつ円滑な挿入
作業を可能にするものである。

【００１９】緩衝機構５は、コンプライアンス機構３の
側に取付けられたアッパープレート５ａと、チャック４
の側に取付けられたロワープレート５ｂと、このロワー
プレート５ｂをアッパープレート５ａに対して上下動自
在に支持するバランスシリンダ５ｃから主に構成され、
ガイドバー５ｄ，５ｄによって、ロワープレート５ｂが
アッパープレート５ａに対して常に平行に保持されるよ
うになっている。

【００２０】さらに、アッパープレート５ａとロワープ
レート５ｂの間には、位置センサーとしてのシグナルイ
ンジケータ６が取付けられ、これによって両者の間の距
離を検出するようにしている。なお、位置センサーとし
ては、ロワープレート５ｂがアッパープレート５ａに対
して所定距離以内に接近したこと、あるいは所定距離だ
け移動したことを検知することができるものであればよ
く、例えばリニアスケールやリミットスイッチのような
ものを使用することができる。

【００２１】次に、このような構造を備えた部品挿入装
置１を装着したロボットを使用して、ワークＷに形成し
た嵌挿孔Ｈに部品Ｐを挿入する作業の制御について、図
３に示したフローチャートに基づいて説明する。

【００２２】まず、ステップＳ１において、ロボットア
ームＡがあらかじめティーチングされた順序に従って、
図示しない部品供給用フィーダまで移動し、フィーダか
ら供給された部品Ｐをチャック４の先端部に把持する。

【００２３】次に、部品Ｐを把持したロボットアームＡ
は、ティーチングに基づいて、ワークＷに形成された嵌
挿孔Ｈの直上位置まで移動したのち、ステップＳ２にお
いて、Ｚ方向（図１中の下方）に移動し、部品Ｐがワー
クＷに対して所定の距離に接近するまで早送りされる。

【００２４】ワークＷに対して，部品Ｐが所定の距離以
内に接近すると、ロボットアームＡのＺ方向の移動パタ
ーンが断続的な挿入送りに切替わり、ステップＳ３にお
いて、例えば０．５ｍｍだけ部品Ｐを前進（ワークＷに
接近）させ、ステップＳ４において，部品挿入装置１の
緩衝機構５が作動しているかどうか、具体的には、緩衝
機構５のアッパープレート５ａに対してロワープレート
５ｂが所定距離以内に接近したかどうかの判定がシグナ
ルインジケータ６からの出力に基づいて行われる。

【００２５】部品ＰがワークＷの嵌挿孔Ｈに到達する前
には、部品Ｐおよびこの部品Ｐを把持したチャック４は
何の力も受けないので、緩衝機構５のロワープレート５
ｂはアッパープレート５ａに対して移動せず、ステップ
Ｓ４において、緩衝機構５は作動していない（ＮＯ）と
判定されてステップＳ５に移行し、ステップＳ５におい
て部品Ｐが挿入完了位置に到達したかどうかの判定がな
される。

【００２６】このとき、部品Ｐは挿入完了位置にまだ到
達してはいないので、ステップＳ５においてＮＯと判定
されてステップＳ３に戻り、部品ＰがワークＷの嵌挿孔
Ｈに到達するまで、０．５ｍｍの挿入送り（ステップＳ
３）、緩衝機構５の作動判定（ステップＳ４）および部
品Ｐの挿入完了位置への到達判定（ステップＳ５）が繰
り返される。

【００２７】部品ＰがワークＷの嵌挿孔Ｈに到達して
も、部品Ｐの嵌挿孔Ｈに対する芯ずれがない場合、芯ず
れがあったとしてもコンプライアンス機構３によって吸
収される程度の比較的小さい芯ずれの場合には、部品Ｐ
および部品Ｐを把持したチャック４はワークＷからほと
んど反力を受けないので、ステップＳ４において緩衝機
構５は作動していない（ＮＯ）と判定されてステップＳ
５に移行する。そして、ステップＳ５において部品Ｐが
挿入完了位置に到達した（ＹＥＳ）と判定されるまで、
０．５ｍｍの挿入送り（ステップＳ３）、緩衝機構５の
作動判定（ステップＳ４）および部品Ｐの挿入完了位置
への到達判定（ステップＳ５）が繰り返され、部品Ｐの
嵌挿孔Ｈへの挿入が進行する。

【００２８】そして、部品Ｐが所定の挿入位置に到達す
ると、ステップＳ５からステップＳ６に移行し、部品Ｐ
がチャック４からアンチャックされ、部品Ｐの挿入作業
が終了する。

【００２９】部品Ｐの嵌挿孔Ｈに対する芯ずれがコンプ
ライアンス機構３による吸収範囲を超えている場合に
は、部品ＰがワークＷの嵌挿孔Ｈに到達したときに、部
品Ｐの先端部が嵌挿孔Ｈの周縁部に当接することによっ
て、ロボットアームＡの前進（挿入送り）に対して、緩
衝機構５のロワープレート５ｂがその位置に止まること
から、ロワープレート５ｂがアッパープレート５ａに対
して相対的に上昇することになる。このとき、部品Ｐが
ワークＷに当接しても、部品ＰとワークＷとの間にかか
る力が緩衝機構５によって吸収されるので、部品Ｐある
いはワークＷに傷が発生するようなことがない。

【００３０】そして、位置センサーとしてのシグナルイ
ンジケータ６がロワープレート５ｂのアッパープレート
５ａに対する相対移動を検知すると、ステップＳ４にお
いて、緩衝機構５が作動している（ＹＥＳ）と判定さ
れ、ステップＳ７に移行し、ステップＳ７において荷重
センサー２による荷重測定が行われると共に、ステップ
Ｓ８において荷重センサー２によって測定されたモーメ
ント荷重に基づいて、ロボットアームＡのＸおよびＹ方
向への補正量の計算が実行される。

【００３１】さらに、ステップＳ９において、あらかじ
め定められた量、例えば１回の挿入送り量（この場合
０．５ｍｍ）に相当する分だけロボットアームＡを後退
させると共に、ステップＳ１０において、ステップＳ８
における算出結果に基づいてロボットアームＡの位置補
正が実行されたのち、ステップＳ３に戻る。

【００３２】そして、ステップＳ３において、再度挿入
送りが実行される。このとき、ステップＳ１０において
部品Ｐの嵌挿孔Ｈに対する芯ずれが解消されているの
で、ステップＳ５において部品Ｐが挿入完了位置に到達
した（ＹＥＳ）と判定されるまで、挿入送り（ステップ
Ｓ３）、緩衝機構５の作動判定（ステップＳ４）および
部品Ｐの挿入完了位置への到達判定（ステップＳ５）の
処理が繰り返され、部品Ｐが所定の挿入位置に到達する
と、ステップＳ５からステップＳ６に移行し、部品Ｐが
チャック４からアンチャックされ、ロボットによる部品
Ｐの挿入作業が終了する。

【００３３】本発明に係わる部品挿入方法においては、
上記のように、緩衝機構５のロワープレート５ｂがアッ
パープレート５ａに対して所定距離以内に接近するま
で、すなわちチャック４に把持された部品ＰがワークＷ
の嵌挿孔Ｈの周縁部に当接して緩衝機構５が作動するま
では、荷重センサー２による荷重測定を行う必要がない
ので、荷重測定とデータ処理に要する時間が不要となっ
て部品Ｐの挿入送りが連続的に行われるようになること
から、挿入作業のサイクルタイムの短縮が可能になる。

【００３４】また、上記実施例においては、１回あたり
の挿入送り量を従来と同様に０．５ｍｍに設定した例を
示したが、上記したように、緩衝機構５によって部品Ｐ
あるいはワークＷの傷発生を防止することができること
から、挿入送り量をさらに大きく設定することもでき、
これによって挿入作業のサイクルタイムをさらに短縮す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる部品挿入装置の構造
を示す部分破断正面図である。

【図２】図１に示した部品挿入装置を用いて部品挿入を
行う際の制御を示すフローチャートである。

【図３】従来の部品挿入装置によって部品挿入を行う際
の制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 部品挿入装置 ２ 荷重センサー ３ コンプライアンス機構 ４ チャック ５ 緩衝機構 ５ａ アッパープレート ５ｂ ロワープレート ５ｃ バランスシリンダ ６ シグナルインジケータ（位置センサー） Ａ ロボットアーム Ｐ 部品 Ｗ ワーク Ｈ 嵌挿孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームに取付けられて、下端側
   に備えたチャックに把持した部品をワークに形成された
   嵌挿孔に挿入する部品挿入装置であって、前記ロボット
   アームとチャックの間に、 荷重センサーと、 コンプライアンス機構と、 アッパープレートと、ロワープレートと、該ロワープレ
   ートをアッパープレートに対して上下動自在に支持する
   バランスシリンダを備えた緩衝機構と、 当該緩衝機構のアッパープレートに対してロワープレー
   トが所定距離以内に接近したことを検知する位置センサ
   ーが配設されていることを特徴とする部品挿入装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の部品挿入装置を介して部
   品を把持したロボットアームが部品の挿入方向に前進作
   動している際に、緩衝機構のアッパープレートに対して
   ロワープレートが所定距離以内に接近したとき、ロボッ
   トアームをあらかじめ定められた距離だけ後退させると
   共に、荷重センサーからの出力データに基づいてロボッ
   トアームの位置補正を行うことを特徴とする部品挿入方
   法。