JPH04141386A - 凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法および装置、ボルト，ナットの嵌合，締結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法および装置、
ボルト、ナツトの嵌合、締結方法に係り、特に凸嵌合部
と凹嵌合部を１回の試行で確実に嵌合するために好適な
嵌合方法と、これを的確に実施するために好適な嵌合装
置と、前記嵌合方法を利用したボルト、ナラ１〜の嵌合
、締結方法に関する。

［従来の技術］ この種の従来技術には、特開昭６０−２４９５８４号公
報、特開昭６２−９４２３０号公報、特開平１−１４０
９３２号公報に記載の技術がある。

特開昭６０−２４９５８４号公報に記載の従来技術では
、ピストンロンドとロボットハン１くとを、両端にユニ
バーサルジヨイントを持った連結軸で連結し、光によっ
て連結軸とロボットハンドの中心軸とのずれ裂検出し、
ロボットハンドの中心軸の位置を修正したのち、ロボッ
トハンドに把持したワークの挿入を行うようにしている
。

特開昭６２−９４２３０号公報に記載の従来技術は、棒
状部分を穴に挿入する技術であって、棒状部分を挿入方
向に対して傾斜させる。そして、棒状部分を挿入方向に
押し付けながら穴を有する面上を、第１の動作として、
傾斜方向に走査しつつ棒状部分と穴を有する面との接触
によって生じる力を検出して記録し、前記検出記録値が
一定値以上に変化した部分のうち、最初の部分に対応す
る走査位置を穴の前縁とする一方、前記変化した部分の
うち、次の部分に対応する走査位置を後縁とする。

次に、第２の動作として、前記押し付は動作を解除し、
棒状部分を走査の開始点に戻すとともに、前記走査方向
と異なる方向に移動させる。ついで、前記第１．第２の
動作を繰り返すことによって得た穴の前縁の位置および
後縁の位置のすべての平均をとった位置を、穴の中心位
置とし、棒状部分を穴に挿入する。

特開平１−１４０９３２号公報に記載の従来技術は、ね
じ締め技術である。この従来技術では、ねじの位置が教
示データに対して、例えばＸ方向にΔＸずれているもの
としたとき、電動ドライバを下降させてスリーブをねじ
に嵌め合わせると、スリーブには教示データに対するね
じの位置のずれに応じたモーメントが生じる。このモー
メントをセンサで検出して制御部に送る。制御部は、セ
ンサから送り込まれたモーメントに関するデータを教示
データに加算してねじの位置を求め、電動ドライバを算
出された位置に移動させ、電動ドライバをねじに正対さ
せ、ねじ締めを行う。

なお、この種の技術に関連するものとして、特開昭５９
−１４４９１．０号公報、同６０−２４９５８４号公報
、同６３−５７１２８号公報に記載の技術が挙げられる
。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来技術ではそれぞれ嵌合部と被嵌合部の位
置や姿勢を測ったうえで、両者の中心位置を合わせて嵌
合するようにしている。

しかし、例えば極限状態で使用される作業ロボットにお
いては、様々な姿勢で、様々な質量のワークを、調整や
ティーチングを行わず、１回の試行で自動的に嵌合する
機能が要求されており、従来技術はいずれも前記機能を
持っていない。

本発明の第１の目的は、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹
嵌合部とを接触させさえすれば、任意の姿勢９位置で接
触させても、１回の試行で自動的に、確実に嵌合させ得
る凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法を提供することにある
。

本発明の第２の目的は、嵌合過程で仮に凸嵌合部の凸部
と凹嵌合部の嵌合穴とが食いついた場合であっても、そ
の食いつきを自動的に解除し、嵌合させ得る凸嵌合部と
凹嵌合部の嵌合方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、前記方法を的確に実施し得る凸
嵌合部と凹嵌合部の嵌合装置を提供することにある。

本発明の第４の目的は、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌
合穴とが食いついても、それを自動的に解除して嵌合さ
せ得る凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合装置を提供することに
ある。

本発明の第５の目的は、前記嵌合方法を利用してボルト
とナツトを自動的に確実に嵌合させ、締結し得るボルト
、ナツトの嵌合、締結方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記第１の目的は、互いに嵌合すべき凸嵌合部−］１ と凹嵌合部のうちの、一方の嵌合部を固定し、他方の嵌
合部を移動可能に支持するとともに、移動する嵌合部を
移動させて固定の嵌合部に接触させ、ついで移動する嵌
合部に、これを嵌合軸方向に押す方向でかつあらかじめ
設定された力を印加し、このときの凹嵌合部の嵌合軸に
垂直なトルクの軸モーモントの方向を同定し、移動する
嵌合部を前記印加した力と軸モーメントの方向から求ま
る外積ベクトルの方向に平行移動させて力を印加し、こ
のときの凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛
かりによる反力の有無を検出し、反力が検出されなかっ
たときは前記外積ベクトルの方向への力の印加を反力が
検出されるまで行い、反力が検出されたときは前記外積
ベクトルの方向の力をクリアし、移動する嵌合部の嵌合
軸方向に印加した力のみに対応する軸モーメントの有無
を検出し、この軸モーメントが検出されたときに、軸モ
ーメントの掛かる方向に移動する嵌合部を移動させ、挿
入することにより、達成される。

前記第１の目的は、少なくとも５自由度を持つ−】ま たマニピュレータと、嵌合対象の固定手段のいずれか一
方に設けられたモーメント検出用梁に、嵌合対象のうち
の凹嵌合部を支持し、前記マニピュレータと固定手段の
うちの、モーメント検出用梁を設けていない方に嵌合対
象のうちの凸嵌合部を支持し、前記マニピュレータによ
り移動する嵌合部を移動させて固定の嵌合部に接触させ
、ついで移動する嵌合部に、これを嵌合軸方向に押す方
向でかつあらかじめ設定された力を印加し、このときの
モーメント検出用梁の歪みを検出し、この歪みから凹嵌
合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーモントの方向を同
定し、移動する嵌合部を前記印加した力と軸モーメント
の方向から求まる外積ベクトルの方向に平行移動させて
力を印加し、このときの凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌
合穴との弓っ掛かりによる反力の有無を検出し、反力が
検出されなかったときは前記外積ベクトルの方向への力
の印加を反力が検出されるまで行い、反力が検出された
ときは前記外積ベクトルの方向の力をクリアし、移動す
る嵌合部の嵌合軸方向に印加した力のみに対応する軸モ
ーメントの有無を検出し、この軸モーメントが検出され
たときに、軸モーメントの掛かる方向に移動する嵌合部
を移動させ、挿入することによっても、達成される。

前記第２の目的は、前記移動する嵌合部に印加した力の
みに対する軸モーメントの有無の検出時に、この軸モー
メントが検出されなかったときは凸嵌合部の凸部と凹嵌
合部の嵌合穴とが食いついていると判定し、この食いつ
いた状態を解除したのち、凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合さ
せることにより、達成される。

前記第２の目的は、前記凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌
合穴とが食いついていると判定したとき、移動する嵌合
部をその嵌合軸の回りにさい差運動させ、食いつき状態
を解除することによって、より一層良好に達成される。

前記第１の目的は、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合
部のうちの凸嵌合部を固定し、凹嵌合部を少なくとも５
自由度を持ったマニピュレータに支持し、マニピュレー
タの各関節角に対して決まるヤコビ行列を用い、各関節
回りのモーメントからマニピュレータに支持されている
凹嵌合部に加わる力とモーメントを求め、嵌合を行うこ
とによっても、達成される。

前記第３の目的は、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合
部の一方を支持する少なくとも５自由度のマニピュレー
タと、このマニピュレータの制御用計算機と、凸嵌合部
と凹嵌合部の他方を固定する固定手段とを有する凸嵌合
部と凹嵌合部の嵌合装置において、前記マニピュレータ
と固定手段のうちの一方に、固定の嵌合部に移動する嵌
合部を接触させたのち、移動する嵌合部にこれを嵌合軸
方向に押す方向でかつあらかじめ設定された力を印加し
たときの凹嵌合部に働くトルクと、凹嵌合部の嵌合軸回
りのモーメントと、外積ベクトルの方向に対する反力と
を検出し、かつ前記制御用計算機に対して出力する力ト
ルク検出器を取り付け、前記制御用計算機に、前記力ト
ルク検出器で検出されたトルクと、凹嵌合部の嵌合軸回
りのモーメントと、それらの方向ベクトルから凹嵌合部
の嵌合軸に垂直なＩ−ルグの軸モーメントの方向を同定
し、かつこの軸モーメントの方向と、移動する嵌合部に
印加した力の方向から外積ベクトルの方向を演算し、そ
の外積ベクトルの方向にマニピュレータを制御し力を印
加する部門と、前記外積ベクトルの方向に対する反力の
有無を判定し、この反力が無と判定したときは前記反力
が検出されるまで前記外積ベクトルの方向に力を印加し
、前記反力が有と判定したときは外積ベクトルの方向の
力をクリアすべく制御する部門と、前記外積ベクＩ・ル
の方向の力をクリアしたのち、移動する嵌合部の嵌合軸
方向に印加した力のみに対応する軸モーメントの有無を
検出し、その軸モーメントが有と判定したときはこの軸
モーメントの方向にマニピュレータを制御し、凸嵌合部
と凹嵌合部を嵌合させる部門とを付加したことにより、
達成される。

前記第４の目的は、前記制御用計算機に、凸嵌合部の凸
部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いついたと判定したときに
、移動する嵌合部をその嵌合軸の回りにさい差運動させ
１食いつきを解除する部門を追加したことにより、達成
される。

前記第３の目的は、前記力トルク検出器として、凹嵌合
部の嵌合軸に働く力と、この嵌合軸と直交する２軸方向
に働く力と、これら３軸回りに働くモーメントとを検出
可能な６軸力トルク検出器を用いたことにより、また少
なくとも５自由度のマニピュレータの先端部と、嵌合対
象の固定手段のいずれか一方に、嵌合対象の嵌合軸に対
して平行でない独立した少なくとも２つの軸回りのモー
メントを検出可能なモーメント検出用梁を設け、このモ
ーメント検出用梁には前記力トルク検出器に代えてモー
メント検出用歪みゲージを設けるとともに凹嵌合部を支
持し、前記マニピュレータと固定手段のうちの、モーメ
ント検出用梁を設けていない方には凸嵌合部を支持する
ようにしたことにより、達成される。

前記第５の目的は、前記凸嵌合部をボルトとし、凹嵌合
部をナツトとして請求項１または２記載の嵌合方法を利
用してボルトとナツトを嵌合させたのち、ボルトとナツ
トを相対的に回転させ、締結することにより、達成され
る。

［作用コ 本発明の請求項１記載の発明では、凸嵌合部と凹嵌合部
の一方を固定し、他方の嵌合部を例えば５自由度のマニ
ピュレータ等に支持し、移動可能とする。そして、移動
する嵌合部を移動させて固定の嵌合部に接触させる。

ついで、移動する嵌合部に、これを嵌合軸方向に押す方
向でかつあらかじめ設定された力を印加し、このときの
凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーメントの方向
を同定する。この軸モーメントの方向は、凹嵌合部の嵌
合軸に垂直な直交する２つの軸回りのモーメンｌ−Ｍ　
Ｘ　、　Ｍ　ｙ、およびそれらの方向ベクトルｄ、Ｇか
ら として求めることができる。

次に、移動する嵌合部を印加した力と軸モーメントの方
向から求まる外積ベクトルの方向に平行移動させる。こ
の外積ベクトルの方向は、軸モーメントの方向と、嵌合
部の嵌合軸方向に印加した力の方向から、 外積ベクトルの方向＝軸モーメントの方向×印加した力
の方向・・・（２） として求めることができる。

移動する嵌合部を外積ベクトルの方向に平行移動させ、
移動する嵌合部に外積ベクトルの方向に力を印加し、こ
のときの嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛か
りによる反力の有無を検出する。反力が検出されなかっ
たときは、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが引っ
掛かっていないことを意味している。それゆえ、前記反
力が検出されるまで、移動する嵌合部に外積ベクトルの
方向の力を印加する。

前記凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛かり
による反力が検出されたときは、前記外積ベクトルの方
向への力をクリアし、移動する嵌合部の嵌合軸方向に印
加した力のみに対応する軸モーメントの有無を検出する
。この軸モーメントが検出されたときは、この軸モーメ
ントの方向が凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが嵌
合する方向である。したがって、軸モーメントが掛かる
方向に、移動する嵌合部を移動させ、挿入する。

これにより、この請求項１記載の発明によれば、凸嵌合
部と凹嵌合部を接触させさえすれば、任意の姿勢２位置
で接触さでも、］１回の試行で自動的に、確実に嵌合さ
せることができる。

本発明の請求項２記載の発明では、少なくとも５自由度
を持ったマニピュレータの先端部と、嵌合対象の固定手
段のいずれか一方に、嵌合対象の嵌合軸に対して平行で
ない独立した少なくとも２つの軸回りのモーメントを検
出可能なモーメント検出用梁を設けた装置を使用する。

そして、前記モーメント検出用梁に、嵌合対象のうちの
凹嵌合部を支持し、前記マニピュレータと固定手段のう
ちの、モーメント検出用梁を設けていない方に凸嵌合部
を支持する。

次に、マニピュレータのモーメント検出用梁に支持され
た移動する嵌合部を移動させて固定の嵌合部に接触させ
る。

ついで、移動する嵌合部の嵌合軸方向に押す方向で、か
つあらかじめ設定された力を印加する。

このとき、モーメント検出用梁が歪むので、この歪みを
検出し、この歪みから凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルク
の軸モーメントの方向を同定する。

その後は、前記請求項１記載の嵌合方向と同じ工程を経
て凸嵌合部に凹嵌合部を挿入し、嵌合する。

したがって、この請求項２記載の発明によっても、凸嵌
合部と凹嵌合部を接触させさえすれば、任意の姿勢１位
置で接触させても、１回の試行で自動的に、確実に嵌合
させることが可能である。

本発明の請求項３記載の発明では、移動する嵌合部に印
加した力のみに対する軸モーメントの有無の検出時に、
この軸モーメントが検出されなかったときは凸嵌合部の
凸部と凹嵌合部の嵌合穴が食いついていると判定する。

そこで、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との食いつ
きを解除してから、凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合させる。

これにより、嵌合の過程で、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部
の嵌合穴とが食いついた場合であっても、その食いつき
を自動的に解除し、嵌合させることができる。

本発明の請求項４記載の発明では、凸嵌合部の凸部と凹
嵌合部の嵌合穴とが食いついていると判定したとき、移
動する嵌合部をその嵌合軸の回りにさい差運動させ、食
いつき状態を解除するようにしている。

これにより、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との食
いつきを確実に解除することができる。

本発明の請求項５記載の発明では、凸嵌合部と凹嵌合部
の凸嵌合部をを固定し、凹嵌合部を少なくとも５自由度
を持ったマニピュレータに支持し、移動可能とする。

そして、マニピュレータの各関節角Ｏに対して決まるヤ
コビ行列Ｊ　（０）を用い、各関節回りのモーメントτ
からマニピュレータに支持されている凹嵌合部に加わる
力ＦとモーメントＭを、（＃）　＝＝　Ｊ＜θ）−１・
τ　　　　　−（３）により求め、嵌合を行うようにし
ている。

この請求項５記載の発明によっても、凸嵌合部と凹嵌合
部とを接触させさえすれば、任意の姿勢。

位置で接触させても、１回の試行で自動的に、確実に嵌
合させることができる。

本発明の請求項６記載の発明では、少なくとも５自由度
のマニピュレータと、このマニピュレータの制御用計算
機と、嵌合部の固定手段と、力トルク検出器とを備えて
いる。

前記力トルク検出器は、マニピュレータの先端部または
固定手段のいずれか一方に設けられる。

そして、力トルク検出器は、固定の嵌合部に移動する嵌
合部を接触させたのち、移動する嵌合部にこれを嵌合軸
方向に押す方向でかつあらかじめ設定された力を印加し
たときの凹嵌合部に働くトルクと、凹嵌合部の嵌合軸回
りのモーメントと、外積ベクトルの方向に対する反力と
を検出し、それらの検出値を制御用計算機に対して出力
するようになっている。

前記制御用計算機は、前記力トルク検出器で検出された
トルクと、凹嵌合部の嵌合軸回リモーメントと、それら
の方向ベクトルから軸モーメントの方向を同定し、この
軸モーメントの方向と、マニピュレータに支持されて移
動する嵌合部に印加した力の方向から外積バク１〜ルの
方向を演算し、その外積バク１−ルの方向にマニピュレ
ータを制御する部門と、前記力トルク検出器から前記外
積ベクトルの方向に対する反力の検出値を人力し、この
反力の有無を判定し、この反力が無と判定したときは前
記反力が検出されるまで前記外積ベクトルの方向への力
を印加し、前記反力が有と判定したときは外積ベクトル
の方向の力をクリアすべく制御する部門と、前記外積ベ
クトルの方向の力をクリアしたのち、移動する嵌合部の
嵌合軸方向に印加した力のみに対応する軸モーメントの
有無を検出し、その軸モーメンｌ〜が有と判定したとき
はこの軸モーメントの方向にマニピュレータを制御し、
凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合させる部門とを付加している
。

そして、この請求項６記載の発明では、マニピュレータ
と固定手段のうちの、力トルク検出器を設けている側に
凹嵌合部を支持し、力トルク検出器を設けていない側に
凸嵌合部を支持する。

ついで、制御用計算機によりマニピュレータを制御し、
固定の嵌合部に移動する嵌合部を任意の姿勢９位置で接
触させ、移動する嵌合部に、これを嵌合軸方向に押す方
向でかつあらかじめ設定された力を印加する。

前記移動する嵌合部に設定された力を印加したとき、力
トルク検出器により凹嵌合部に働くトルクと、凹嵌合部
の嵌合軸回りのモーメントとを検出し、その検出値を制
御用計算機に対して出力する。

前記制御用計算機は、力トルク検出器から入力した検出
値により、移動する嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸
モーメントを前記（１）式により同定する。

ついで、制御用計算機は、前記軸モーメントの方向と、
前記印加した力の方向から前記（２）式を用いて外積ベ
クトルの方向を演算し、その外積ベクトルの方向にマニ
ピュレータを制御する。

さらに、移動する嵌合部を外積ベクｌ−ルの方向に移動
させたとき、力トルク検出器により、外積ベクトルの方
向に対する反力を検出し、その検出値を制御用計算機に
対して出力する。前記制御用計算機は、力トルク検出器
から検出値を入力し、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合
穴との引っ掛かりによる反力の有無を検出する。

前記制御用計算機では、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌
合穴の引っ掛かりによる反力が検出されないときは、検
出されるまで外積バク１〜ルの方向への力を印加すへく
マニピュレータを制御する。

前記反力が検出されたときは、外積ベクトルの方向への
力をクリアする。

次に、前記制御用計算機は移動する嵌合部の嵌合軸方向
に印加した力のみに対応する軸モーメントの有無を検出
する。そして、この軸モーメントが検出されたときは、
軸モーメントの掛かる方向に、移動する嵌合部を移動さ
せるへくマニピュレータを制御し、凸嵌合部と凹嵌合部
の挿入を実行する。

したがって、この請求項６記載の発明では、５自由度の
マニピュレータと、これの制御用計算機と、力トルク検
出器との連係動作により、前記請求項１記載の発明を的
確に実施することができる。

本発明の請求項７記載の発明では、前記制御用計算機に
、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いついたと
判定したときに、移動する嵌合部をその嵌合軸の回りに
さい差運動させ、食いつきを解除する部門をさらに付加
している。

したがって、嵌合の過程で凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の
嵌合穴とが食いついた場合であっても、その食いつきを
自動的に解除し、確実に嵌合することができる。

本発明の請求項８記載の発明では、前記力トルク検出器
として、凹嵌合部の嵌合軸に働く力と、との嵌合軸と直
交する２軸方向に働く力と、これら３軸回りに働くモー
メントとを検出可能な６軸力トルク検出器を用いている
。

この６軸力トルク検出器により、凹嵌合部に働くトルク
と、凹嵌合部の嵌合軸回りのモーメントと、それらの方
向ベクトルと、外積ベク［〜ルの方向に対する反力とを
的確に検出し、制御用計算機に対して出力することがで
きる。

さらに、請求項９記載の発明では、５自由度のマニピュ
レータの先端部と、嵌合対象の固定手段のいずれか一方
に、嵌合対象の嵌合軸に対して平行でない独立した少な
くとも２つの軸回りのモーメントを検出可能なモーメン
ト検出用梁を設け、このモーメント検出用梁に、力トル
ク検出器に代えてモーメント検出用歪みゲージを設けて
いる。

そして、モーメント検出用梁を設けている方に凹嵌合部
を支持し、モーメント検出用梁を設けていない方に凸嵌
合部を支持する。

前記モーメント検出用歪みゲージによりモーメント検出
用梁の歪みを検出し、その歪みから凹嵌合部の嵌合軸に
垂直な直交する２つの軸回りのモーメントと、それらの
方向ベクトルとが同定できるし、検出した歪みから外積
ベクトルの方向に対する反力の有無も判定することがで
きる。

また、本発明の請求項１０記載の発明では、凸部合部を
ボルトとし、凹嵌合部をナツトとして前記請求項１また
は２記載の嵌合方法によりボルト。

ナツトを嵌合するようにしている。

これにより、ボルト、ナツトを自動的に確実に嵌合させ
ることができる。

しかも、ボルト、ナツトの嵌合後、ボルトとナツト登相
対的に回転させるようにしているので、ボルト、ナツト
の締結も自動的に行うことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図〜第５図は本発明の第１の実施例を示すもので、
第１図は本発明嵌合方法を実施するための装置の一例を
示す斜視図、第２図はこの嵌合方法で対象とする凸嵌合
部と凹嵌合部の一部を断面で示した拡大図、第３図は力
トルク検出器の機能説明図、第４図は本発明嵌合方法を
実施する装置のマニピュレータの制御用計算機のアルゴ
リズムを示す図、第５図（ａ）〜（ｉ）は本発明嵌合方
法における第１の実施例の工程説明図である。

−２８〜 この第１−の実施例の嵌合方法を実施するための装置は
、一方の嵌合部を支持して移動するマニピュレータ１と
、力トルク検出器５と、マニピュレータ・インタフェー
ス盤６と、制御用計算機７と、他方の嵌合部の固定手段
である専用ラック９とを備えている。

前記マニピュレータ１は、少なくとも５自由度を持って
おり、マニピュレータ・インタフェース盤６および制御
用計算機７を通じて制御される。

前記力トルク検出器５は、マニピュレータ１の先端部と
、専用ラック９側のいずれに取り付けてもよいが、この
実施例では第１図および第２図に示すように、マニピュ
レータ１．の先端部に取り付けられている。この力トル
ク検出器５には、好ましくは第３図に示すような６軸力
トルク検出器を用いる。また、マニピュレータ１の先端
部と、専用ラック９側のうちの、力トルク検出器５を設
けている方に、必ず凹嵌合部３を支持し、力トルク検出
器５を設けていない方に、凸嵌合部４を支持する。した
がって、この実施例ではマニピュレータ１の先端部に力
トルク検出器５を挟んで凹嵌合部３を支持し、専用ラッ
ク９に凸嵌合部４を固定する。そして、この力トルク検
出器５はマニピュレータ１に支持されて移動する嵌合部
に、固定の嵌合部に移動する凹嵌合部を接触させたのち
、あらかじめ設定された力を印加したときの凹嵌合部３
に働くトルクと、凹嵌合部３の嵌合軸３ｂの回りのモー
メントと、外積ベクトルの方向に対する反力の有無とを
検出し、その検出値を制御用計算機７に対して出力する
ようになっている。

前記制御用計算機７は、この実施例では少なくとも力ト
ルク検出器５からその検出値を入力し、凹嵌合部３の嵌
合軸に垂直な直交する２つの軸回りのモーメントと、そ
れらの方向ベクトルから軸モーメントの方向を同定し、
この軸モーメントの方向と、移動する嵌合部の嵌合軸方
向に印加した力の方向から外積ベクｌ〜ルの方向を演算
し、その外積ベクトルの方向にマニピュレータ１を制御
する部門と、前記力トルク検出器５から外積ベクトルに
対する反力の検出値を入力し、この反力の有無を判定し
、その力が無と判定したときは前記反力が検出されるま
で前記軸モーメントの方向に力を印加し、前記反力が有
と判定したときは前記外積バク１〜ルの方向の力をクリ
アすべくマニピュレータ１を制御する部門と、前記外積
ベクトルの力をクリアしたのち、移動する嵌合部の嵌合
軸方向に印加した前記力のみに対応する軸モーメン！へ
の有無を判定し、その軸モーメントが有と判定したとき
はこの軸モーメントの方向にマニピュレータ１を制御し
、互いに嵌合すべき二つの嵌合部を嵌合させる部門とを
備えており、これらの部門を第４図にステップ順に示し
ている。

一方、この第１の実施例で取り扱う対象物は、第１図お
よび第２図に示すように、凹嵌合部３と凸嵌合部４であ
る。凹嵌合部３は、第２図に示すように、嵌合穴３ａと
、嵌合軸３ｂと、着脱面３ｃとを有している。ところで
、この実施例では第１図および第２図に示すように、マ
ニピュレータ］−の先端部に力トルク検出器５が設けら
れており、これにフランジ８が設けられている。そこで
、前記凹嵌合部３を第２図に示すように、マニピュレー
タ１に設けられたフランジ８に取り付け、マニピュレー
タ１に移動可能に支持するようになっている。

前記凸嵌合部４は、フランジ４ａと、凸部４ｂと、嵌合
軸４ｃとを有している。そして、この凸嵌合部４を第２
図に示すように、フランジ４ａを被結合要素２に取り付
け、この被結合要素２を専用ラック９に固定することに
よって、固定的に支持するようになっている。

次に、前記嵌合装置の作用に関連して、本発明嵌合方法
の一例を説明する。

まず、互いに嵌合すべき凹嵌合部３と凸嵌合部４のうち
、凹嵌合部３を力トルク検出器５が設けられているマニ
ピュレータ１に支持し、凸嵌合部４を専用ラック９に固
定する。

ついで、制御用計算機７によりマニピュレータ１を制御
し、凸嵌合部４の凸部４ｂに、凹嵌合部３の着脱面３ｃ
を任意の姿勢１位置で接触させる９続いて、第４図の制
御用計算機４で実行するアルゴリズムのステップ１０お
よび第５図（ａ）に示すように、凹嵌合部３の嵌合軸３
ｂの方向に、マニピュレータ１を通じて、あらかじめ設
定された力１７を印加する。

なお、第５図（ａ）〜（ｉ）中、（ａ）〜（ｄ）は凸嵌
合部４の凸部４ｂに、凹嵌合部３の着脱面３ｃの一半部
側（例えば下半部側）が接触した場合を示し、（ｅ）〜
（ｇ）は着脱面３ｃの他生部側（例えば上半部側）が接
触した場合を示しており、（ｂ）と（６）、（ｃ）と（
ｆ）、（ｄ）と（ｇ）がそれぞれ対応している。

また、前記凸部４ｂに着脱面３ｃの一半部側または他生
部側が接触した場合、作用としては対称となるだけで同
じである。

そして、力トルク検出器５により、凹嵌合部３に加わる
反力１８と、凹嵌合部３の嵌合軸３ｂに垂直な直交する
２つの軸回りのモーメントＭｘ、　Ｍ、ｙとを検出し、
その検出値を制御用計算機７に対して出力する。

前記制御用計算機７では、第４図のステップ１１および
第５図（ｂ）に示すように、２つの軸回りのモーメント
Ｍχ、Ｍｙと、それらの方向ベクトルｉ、ｉから、前記
（２）式により前記力１７を印加したことにより凹嵌合
部３側に加わる反力１８とトルクのうちの、凹嵌合部３
の嵌合軸３ｂに垂直なトルクの軸モーメント１９の方向
を同定する。

この第５図（ｂ）、　（８）の状態では、凹嵌合部３の
嵌合穴３ａの面取り部と凸嵌合部４の凸部４ｂとは、ま
だ１点接触である。

ついで、制御用計算機７により、前記軸モーメント１９
の方向と、印加した力１７の方向から、前記（２）式に
より外積ベクトル２０の方向を演算する。

次に、制御用計算機７により第４図のステップ１２およ
び第５図（Ｃ）、　（ｆ）に示すように、軸モーメント
１９の方向と印加した力１７の方向の外積ベクトル２０
の方向に、マニピュレータ１を介して凹嵌合部３を平行
移動させる。

この第５図（Ｃ）、　（ｆ）の状態では、凹嵌合部３の
嵌合穴３ａの面取り部と凸嵌合部４の凸部４ｂとは、２
点接触となる。

前記凹嵌合部３を外積ベクトル２０の方向に平行移動さ
せたのち、力トルク検出器５により前記外積ベクトル２
０の方向に対する反力を検出し、その検出値を制御用計
算機７に対して出力する。

制御用計算機７では、第４図のステップ１３で前記外積
ベクトル２０の方向に対する反力の有無を検出する。

前記凹嵌合部３を外積ベクトル２０の方向に平行移動さ
せることによって、第５［１４（ｄ）、　（ｇ）に示す
ように、凹嵌合部３の嵌合穴３ａの面取り部と、凸嵌合
部４の凸部４ｂの面取り部とが３点接触すると、嵌合穴
３ａと凸部４ｂの引っ掛かりにより有意な反力が検出さ
れる。これに対して、凹嵌合部３の嵌合穴３ａの面取り
部と、凸嵌合部４の凸部４ｂとの接触が２点接触以下で
は、摩擦力以外に前記外積ベクトル２０の方向に対する
反力が働かない。前記反力が検出されなかったときは、
有意な反力が検出されるまで、凹嵌合部３を前記外積ベ
クトル２０の方向に平行移動させる。

凹嵌合部３を前記外積ベクトル２０の方向に移動させ、
その反力が検出されたときは、第４図のステップ１４で
前記外積ベクトル２０の方向への力の印３日 加をクリアし、凹嵌合部３の嵌合軸３ｂの方向に印加し
た前記力１７のみに対応する軸モーメント１９の有無を
検出する。

前記軸モーメント１９が検出されたときは、第４図のス
テップ１６でマニピュレータ１により、第５図（ｈ）に
示すように、前記軸モーメント１９の掛かる方向に凹嵌
合部３を移動させ、凸嵌合部４の凸部４ｂに凹嵌合部３
の嵌合穴３ａをコンプライアンス制御により挿入し、第
５図（ｉ）に示すように嵌合する。

以上のステップ１０〜Ｉ６により、嵌合部４の凸部４ｂ
に凹嵌合部３の嵌合穴３ａを自動的に、確実に嵌合させ
ることができる。

次に、第６図および第７図は本発明の第２の実施例を示
すもので、第６図は制御用計算機のアルゴリズムを示す
図、第７図（ａ）〜（Ｃ）は嵌合工程を示す図である。

この第２の実施例では、前記第４図と第６図の比較から
分かるように、制御用計算機７に凸嵌合部４の凸部４ｂ
と凹嵌合部３の嵌合穴３ａとの食いつきを判定し、かつ
その食いつきを解除する部門が追加されている。

そして、第６図のステップ］４で、移動する嵌合部であ
る凹嵌合部３の外積ベクトル２０の方向に付加した力を
クリアしたのち、ステップ１５で凹嵌合部３の嵌合軸３
ｂ方向に印加した力１７のみに対応する軸モーメント１
９が検出されなかったときは、ステップ２３で凸嵌合部
４の凸部４ｂと凹嵌合部３の嵌合穴３ａとが食いついて
いると判定し、この食いついた状態を解除する。

前記食いつき状態では、第７図（ａ）に示すように、凹
嵌合部３と凸嵌合部４は互いに面取り部で３点接触して
いるが、軸モーメント１９が検出されず、反力１８の合
力は凹嵌合部３の嵌合軸３ｂ方向に印加した力１７と釣
り合ってしまい、このままではコンプライアンス制御で
の挿入ができない。

そこで、第７図（ｂ）に示すように、凹嵌合部３の着脱
面３ｃと、凸嵌合部４の嵌合軸４ｃの交点を支点として
食いついたときの軸２４の回りに凹嵌合部３側をさい差
運動させる。その際、運動中の凹嵌合部３の嵌合軸３ｂ
と、さい差運動の軸２４とのなす角を徐々に大きくして
行くと、ある時点で第７図（ｃ）に示すように、食いつ
きが解除される。

凹嵌合部３をさい差運動させることによって食いつきを
解除してからは、第６図に示すステップ１６でコンプラ
イアンス制御により凸嵌合部４の凸部４ｂに凹嵌合部３
の嵌合穴３ａを挿入し、嵌合させることができる。

第８図および第９図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は本発
明嵌合方法の効果説明図である。

以上の第１．第２の実施例によれば、第８図に示すよう
なアプローチ角２５であっても挿入可能である。また、
第９図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）に示すような軸ずれ
量２６．２７があっても挿入可能である。

つまり、被結合要素２の位置がはっきりと分からない場
合や、最初の接触までのマニピュレータ１による誘導に
問題がある場合であっても、第８図および第９図（ａ）
、　（ｂ）、　（ｃ）に示すように、凸嵌合部４の凸部
４ｂに凹嵌合部３の着脱面３ｃを接触させさえすれば、
嵌合させることができる。

なお、第１０図（ａ）はアプローチ角２５が最大θｍａ
ｘの場合、第１０図（ｂ）はアプローチ角２５がθの第
１０図（ｃ）はアプローチ角２５がゼロの場合である。

このとき、Ｏ≦０≦θｍａｘに対して、となる。

ただし、Ｒ：凹嵌合部３の着脱面３ｃの半径２８ａ：凸
嵌合部４の凸部４ｂの接触点の半径 である。

ついで、第１０図および第１１図は本発明の第３の実施
例を示すもので、第１０図は互いに嵌合すべき凹嵌合部
と凸嵌合部のセット状態を示す一部破断断面図、第１１
図（ａ）〜（ｆ）は嵌合工程の説明図である。

この第３の実施例では、少なくとも５自由度のマニピュ
レータ１の先端部とフランジ８間に、複数本のモーメン
ト検出用梁２１が掛は渡されている。

このモーメント検出用梁２１は、嵌合対象である凹嵌合
部３の嵌合軸３ｂや凸嵌合部４の嵌合軸４ｃに対して平
行でない独立した少なくとも２つの軸回りのモーメント
を検出可能となっている。各モーメント検出用梁２１に
は、モーメント検出用歪みゲージ２２が設けられている
。

互いに嵌合すべき凹嵌合部３と凸嵌合部４のうちの、凹
嵌合部３はモーメント検出用梁２１に結合されたフラン
ジ８に支持され、マニピュレータ１を介して移動し得る
ようになっている。

一方、凸嵌合部４は前記第１の実施例と同様、被結合要
素２を介して専用ラック９に固定されている。

そして、第１１図（ａ）に示すように、凸嵌合部４の凸
部４ｂに凹嵌合部３の着脱面３ｃの例えば−半部側（下
半部側）を接触させ、凹嵌合部３の嵌合軸３ｂ方向にあ
らかじめ設定された力１７を印加すると、モーメント検
出用梁２１が上側に凸円弧に歪み、モーメント検出用歪
みゲージ２２により歪み方向と歪み量とが検出され、そ
の検出値が制御用計算機（この第３の実施例では省略）
に対して出力される。

前記制御用計算機により、モーメント検出用梁２１の歪
みから軸モーメント１９の方向が同定され、この軸モー
メント１９の方向と前記印加した力１７の方向から前記
（２）式により、外積ベクトル２０の方向が演算される
。

制御用計算機により、第１１図（ｂ）に示すように。

演算された外積ベクトル２０の方向にマニピュレータ１
を介して凹嵌合部３が移動操作され、続いて第１１図（
Ｃ）、　（ｄ）および（ｅ）に示すような状態を経てモ
ーメント検出用梁２１のコンプライアンス制御により、
検出される歪みができるだけ小さくなるような位置で凸
嵌合部４の凸部４ｂに凹嵌合部３の嵌合穴３ａが挿入さ
れ、第１１図（ｆ）に示すように、凸嵌合部４と凹嵌合
部３が嵌合される。

なお、以上説明した各実施例とも、嵌合対象の固定手段
である専用ラック９側に力トルク検出器５を設けてもよ
く、その場合には力トルク検出器５を設けている方の専
用ラック９側にカトルク検出器５を介して凹嵌合部３を
支持し、マニピュレータ１に凸嵌合部４を支持して嵌合
を行う。

次に、本発明の第４の実施例として、マニピュレータの
各関節回りのモーメントを検出し、凸嵌合部と凹嵌合部
の嵌合方法を説明する。

この第４の実施例では、マニピュレータの各関節角θに
対して決まるヤコブ行列Ｊ（θ）を用いて、各関節回り
のモーメントτからマニピュレータの先端部に支持され
た凹嵌合部に加わる力ＦとモーメントＭを前記（３）式
により求め、凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合を行うものであ
る。

進んで、第１２図は本発明嵌合方法を利用したボルト、
ナツトの嵌合、締結方法を示す説明図である。

このボルト、ナツトの嵌合、締結方法では、マニピュレ
ータ１の先端部に力トルク検出器５を挟んで取り付けら
れたフランジ８にチャック３０が設けられている。

前記チャック３０には、凹嵌合部としてナツト３１が把
持されている。したがって、ナツト３１はマニピュレー
タ１を介して移動可能で、しかも回転可能となっている
。

一方、凸嵌合部としてのポル１−３２は、作業対象３３
に固定されている。

そして、ナツト３１は前記嵌合方法の各実施例のいずれ
かにより、ボルト３２に嵌合され、またナツト３１がボ
ルト３２に食いついたときは前記第２の実施例により、
食いつき状態が解除されたのち嵌合され、さらにナツト
３】が回転操作され、ボルト３２に締結さ九る。

これにより、ボルト３２にナツト３】を自動的に、確実
に嵌合でき、しかも自動的に回転させて締結することも
できる。

なお、作業対象３３側に力トルク検出器５を設けたとき
は、この力トルク検出器５を挟んで作業対象３３の方に
凹嵌合部であるナラｌ−３１に支持し、マニピュレータ
１の先端部の方に凸嵌合部であるボルト３２を支持して
もよい。

さらに、第１３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明嵌合方法
を利用したピンとピン穴の嵌合方法を示す説明図である
。

このピンとピン穴の嵌合方法では、マニピュレータ〕、
の先端部に、指３５を有するグリッパ３４が取り付けら
れている。前記グリッパ３４の指３５には、凸嵌合部と
して、嵌合軸３６ａを有するピン３６が把持されている
。

一方１作業対象３３には力トルク検出器５を挟んでフラ
ンジ８が取り付けられている。前記フランジ８には、凹
嵌合部としてのブロック３７が固定されている。このブ
ロック３７には、ピン穴３７ａと、嵌合軸３７ｂと、着
脱面３７ｃとを有している。

このピン３６とピン穴３７ａの嵌合方法においても、前
記凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法の各実施例のいずれか
を適用することにより、自動的にかつ確実に嵌合するこ
とが可能となる。

「発明の効果コ 以」二説明した本発明の請求項１記載の発明によれば、
互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部のうちの、一方の
嵌合部を固定し、他方の嵌合部を移動可能に支持すると
ともに、移動する嵌合部を移動させて固定の嵌合部に接
触させ、ついで移動する嵌合部に、これを嵌合軸方向に
押す方向でかつあらかじめ設定された力を印加し、この
ときの凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーモント
の方向を同定し、移動する嵌合部を前記印加した力と軸
モーメントの方向から求まる外積バク１〜ルの方向に平
行移動させて力を印加し、このときの凸嵌合部の凸部と
凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛かりによる反力の有無を検
出し、反力が検出されなかったときは前記外積ベクトル
の方向への力の印加を反力が検出されるまで行い、反力
が検出されたときは前記外積ベクトルの方向の力をクリ
アし。

移動する嵌合部の嵌合軸方向に印加した力のみに対応す
る軸モーメントの有無を検出し、この軸モーメントが検
出されたときに、軸モーメントの掛かる方向に移動する
嵌合部を移動させ、挿入するようにしているで、互いに
嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部とを接触させさえすれば
、任意の姿勢。

位置で接触させても、１回の試行で自動的に、確実に嵌
合させ得る効果がある。

本発明の請求項２記載の発明によれば、少なくとも５自
由度を持ったマニピュレータと、嵌合対象の固定手段の
いずれか一方に設けられたモーメント検出用梁に、嵌合
対象のうちの凹嵌合部を支持し、前記マニピュレータと
固定手段のうちの、モーメント検出用梁を設けていない
方に嵌合対象のうちの凸嵌合部を支持し、前記マニピュ
レータにより移動する嵌合部を移動させて固定の嵌合部
に接触させ、ついで移動する嵌合部に、これを嵌合軸方
向に押す方向でかつあらかじめ設定された力を印加し、
このときのモーメント検出用梁の歪みを検出し、この歪
みから凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーモント
の方向を同定し、その後は前記請求項１記載の発明と同
様の工程を経て凸嵌合部と凹嵌合部とを嵌合するように
しており、この請求項２記載の発明によっても、互いに
嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部とを接触させさえすれば
、任意の姿勢８位置で接触させても、１回の試行で自動
的に、確実に嵌合させ得る効果がある。

本発明の請求項３記載の発明によれば、前記移＝４７− 動する嵌合部に印加した力のみに対する軸モーメントの
有無の検出時に、この軸モーメントが検出されなかった
ときは凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いつい
ていると判定し、この食いついた状態を解除したのち、
凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合させるようにしているので、
嵌合過程で仮に凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが
食いついた場合であっても、その食いつきを自動的に解
除し、嵌合させ得る効果がある。

本発明の請求項４記載の発明によれば、前記凸嵌合部の
凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いついていると判定した
とき、移動する嵌合部をその嵌合軸の回りにさい差運動
させ、食いつき状態を解除するようにしているので、こ
の請求項４記載の発明においても、嵌合過程で仮に凸嵌
合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いついた場合であ
っても、その食いつきを自動的に解除し、嵌合させ得る
効果がある。

本発明の請求項５記載の発明によれば、互いに嵌合すべ
き凸嵌合部と凹嵌合部のうちの凸嵌合部を固定し、凹嵌
合部を少なくとも５自由度を持ったマニピュレータに支
持し、マニピュレータの各関節角に対して決まるヤコビ
行列を用い、各関節回りのモーメントからマニピュレー
タに支持されている凹嵌合部に加わる力とモーメントを
求め、嵌合を行うようにしていおり、この請求項５記載
の発明によっても、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合
部とを接触させさえすれば、任意の姿勢。

位置で接触させても、１回の試行で自動的に、確実に嵌
合させ得る効果がある。

本発明の請求項６記載の発明によれば、互いに嵌合すべ
き凸嵌合部と凹嵌合部の一方を支持する少なくとも５自
由度のマニピュレータと、このマニピュレータの制御用
計算機と、凸嵌合部と凹嵌合部の他方を固定する固定手
段とを有する凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合装置において、
前記マニピュレータと固定手段のうちの一方に、固定の
嵌合部に移動する嵌合部を接触させたのち、移動する嵌
合部にこれ製電合軸方向に押す方向でかつあらかじめ設
定された力髪印加したときの凹嵌合部に働くトルクと、
凹嵌合部軸回りのモーメントと、外積ベクトルの方向に
対する反力とを検出し、かつ前記制御用計算機に対して
出力する力トルク検出器を取り付け、前記制御用計算機
に、前記力トルク検出器で検出されたトルクと、凹嵌合
部の嵌合軸回りのモーメントと、それらの方向ベクトル
から、凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーメント
の方向を同定し、かつこの軸モーメントの方向と、移動
する嵌合部に印加した力の方向から外積ベクトルの方向
を演算し、その外積ベクトルの方向にマニピュレータを
制御し力を印加する部門と、前記外積ベクトルの方向に
対する反力の有無を判定し、この反力が無と判定したと
きは前記反力が検出されるまで前記外積ベクトルの方向
に力を印加し、前記反力が有と判定したときは外積ベク
トルの方向の力をクリアすべく制御する部門と、前記外
積ベクトルの方向の力をクリアしたのち、移動する嵌合
部の嵌合軸方向に印加した力のみに対応する軸モーメン
トの有無を検出し、その軸モーメントが有と判定したと
きはこの軸モーメントの方向にマニピュレータを制御し
、凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合させる部門とを付加してお
り、これにより前記方法を的確に実施し得る効果がある
。

本発明の請求項７記載の発明によれば、前記制御用計算
機に、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いつい
たと判定したときに、移動する嵌合部をその嵌合軸の回
りにさい差運動させ、食いつきを解除する部門を追加し
ているので、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食
いついても、それを自動的に解除して嵌合させ得る効果
がある。

また、本発明の請求項８記載の発明によれば、前記力ト
ルク検出器として、６軸力トルク検出器を用いており、
これによってより一層前記方法を的確に実施し得る効果
がある。

さらに、本発明の請求項９記載の発明によれば、少なく
とも５自由度のマニピュレータの先端部と、嵌合対象の
固定手段のいずれか一方に、嵌合対象の嵌合軸に対して
平行でない独立した少なくとも２つの軸回りのモーメン
トを検出可能なモーメント検出用梁を設け、このモーメ
ント検出用梁には前記力トルク検出器に代えてモーメン
ト検出用歪みゲージを設けるとともに凹嵌合部を支持し
、前記マニピュレータと固定手段のうちの、モーメン１
へ検出用梁を設けていない方には凸嵌合部を支持するよ
うにしているので、この請求項９記載の発明によっても
、より一層前記方法を的確に実施し得る効果がある。

そして、本発明の請求項１０記載の発明によれば、前記
凸嵌合部をボルトとし、凹嵌合部をナツトとして請求項
１または２記載の嵌合方法を利用してポル１〜とナツト
を嵌合させたのち、ボルトとナツトを相対的に回転させ
、締結するようにしているので、前記嵌合方法を利用し
てボルトとナツトを自動的に確実に嵌合させ、締結し得
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１の実施例を示すもので、
第１図は本発明嵌合方法を実施するための装置の一例を
示す斜視図、第２図はこの嵌合方法で対象とする凸嵌合
部と凹嵌合部の一部を断面で示した拡大図、第３図は力
）−ルク検出器の機能説明図、第４図は本発明嵌合方法
を実施する装置のマニピュレータの制御用計算機のアル
ゴリズムを示す図、第５図（ａ）〜（ｉ）は本発明嵌合
方法における第」、の実施例の工程説明図、第６図およ
び第７図は本発明の第２の実施例を示すもので、第６図
は制御用計算機のアルゴリズムを示す図、第７図（ａ）
〜（ｃ）は嵌合工程を示す図、第８図および第９図（ａ
）、　（ｂ）、　（ｃ）は本発明嵌合方法の効果の説明
図、第１０図および第１１図は本発明の第３の実施例を
示すもので、第１０図は互いに嵌合すべき凹嵌合部と凸
嵌合部のセット状態を示す一部破断断面図、第１１図（
ａ）〜（ｆ）は嵌合工程の説明図、第１２図は本発明嵌
合方法を利用したボルト、ナツトの嵌合、締結方法を示
す説明図、第１３図（ａ）、　（ｂ）は本発明嵌合方法
を利用したピンとピン穴の嵌合方法を示す説明図である
。 １・・・マニピュレータ、３・・・凹嵌合部、３ａ・・
・嵌合穴、３ｂ・・・嵌合軸、３ｃ・・・着脱面、４・
・凸嵌合部、４ａ・・・フランジ、４ｂ・・・凸部、４
ｃ・・・嵌合軸、５・・・力トルク検出器、６・・マニ
ピュレータ・インタフェース盤、７・・・制御用計算機
、９・・・固定手段である専用ラック、１．０〜１６・
・・嵌合のステップ、１７・・・移動する嵌合部の嵌合
軸方向に印加した力、】８・・・反力、１９・・移動す
る嵌合部の嵌合軸に垂直な１ヘルクの軸モーメント、２
０・・・軸モーメントの方向と印加した力の方向とから
求まる外積モーメント、２３・・・食いつき解除のステ
ップ、２４・・さい差運動の軸、２５・アプローチ角、
２６．２７・・・軸ずれ量、３０・・・ナツトのチャッ
ク、３１・・・ナツト、３２・・・ボルト、３３・・・
作業対象、３４・・グリッパ、３５・・・ピン把持用の
指、３６・・・ピン、３６ａ・・・ピンの嵌合軸、３７
・・・ブロック、３７ａ・・・嵌合穴、３７ｂ・・・嵌
合軸、３７ｃ・・着脱面。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第 図 一一マニビュレータ ２−一一被粍８妥県 ３−一一凹畿仲 ３〇−鰻令穴 図 第 図 第 図 図 Ｃつ Ｃつ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部のうちの、一
   方の嵌合部を固定し、他方の嵌合部を移動可能に支持す
   るとともに、移動する嵌合部を移動させて固定の嵌合部
   に接触させ、ついで移動する嵌合部に、これを嵌合軸方
   向に押す方向でかつあらかじめ設定された力を印加し、
   このときの凹嵌合部の嵌合軸に垂直なトルクの軸モーモ
   ントの方向を同定し、移動する嵌合部を前記印加した力
   と軸モーメントの方向から求まる外積ベクトルの方向に
   平行移動させて力を印加し、このときの凸嵌合部の凸部
   と凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛かりによる反力の有無を
   検出し、反力が検出されなかったときは前記外積ベクト
   ルの方向への力の印加を反力が検出されるまで行い、反
   力が検出されたときは前記外積ベクトルの方向の力をク
   リアし、移動する嵌合部の嵌合軸方向に印加した力のみ
   に対応する軸モーメントの有無を検出し、この軸モーメ
   ントが検出されたときに、軸モーメントの掛かる方向に
   移動する嵌合部を移動させ、挿入することを特徴とする
   凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法。 ２、少なくとも５自由度を持ったマニピュレータと、嵌
   合対象の固定手段のいずれか一方に設けられたモーメン
   ト検出用梁に、嵌合対象のうちの凹嵌合部を支持し、前
   記マニピュレータと固定手段のうちの、モーメント検出
   用梁を設けていない方に嵌合対象のうちの凸嵌合部を支
   持し、前記マニピュレータにより移動する嵌合部を移動
   させて固定の嵌合部に接触させ、ついで移動する嵌合部
   に、これを嵌合軸方向に押す方向でかつあらかじめ設定
   された力を印加し、このときのモーメント検出用梁の歪
   みを検出し、この歪みから凹嵌合部の嵌合軸に垂直なト
   ルクの軸モーモントの方向を同定し、移動する嵌合部を
   前記印加した力と軸モーメントの方向から求まる外積ベ
   クトルの方向に平行移動させて力を印加し、このときの
   凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴との引っ掛かりによ
   る反力の有無を検出し、反力が検出されなかったときは
   前記外積ベクトルの方向への力の印加を反力が検出され
   るまで行い、反力が検出されたときは前記外積ベクトル
   の方向の力をクリアし、移動する嵌合部の嵌合軸方向に
   印加した力のみに対応する軸モーメントの有無を検出し
   、この軸モーメントが検出されたときに、軸モーメント
   の掛かる方向に移動する嵌合部を移動させ、挿入するこ
   とを特徴とする凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法。 ３、前記移動する嵌合部に印加した力のみに対する軸モ
   ーメントの有無の検出時に、この軸モーメントが検出さ
   れなかったときは凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴と
   が食いついていると判定し、この食いついた状態を解除
   したのち、凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合させることを特徴
   とする請求項１または２記載の凸嵌合部と凹嵌合部の嵌
   合方法。 ４、前記凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の嵌合穴とが食いつ
   いていると判定したとき、移動する嵌合部をその嵌合軸
   の回りにさい差運動させ、食いつき状態を解除すること
   を特徴とする請求項３記載の凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合
   方法。 ５、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部のうちの凸嵌
   合部を固定し、凹嵌合部を少なくとも５自由度を持った
   マニピュレータに支持し、マニピュレータの各関節角に
   対して決まるヤコビ行列を用い、各関節回りのモーメン
   トからマニピュレータに支持されている凹嵌合部に加わ
   る力とモーメントを求め、嵌合を行うことを特徴とする
   凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合方法。 ６、互いに嵌合すべき凸嵌合部と凹嵌合部の一方を支持
   する少なくとも５自由度のマニピュレータと、このマニ
   ピュレータの制御用計算機と、凸嵌合部と凹嵌合部の他
   方を固定する固定手段とを有する凸嵌合部と凹嵌合部の
   嵌合装置において、前記マニピュレータと固定手段のう
   ちの一方に、固定の嵌合部に移動する嵌合部を接触させ
   たのち、移動する嵌合部にこれを嵌合軸方向に押す方向
   でかつあらかじめ設定された力を印加したときの凹嵌合
   部に働くトルクと、凹嵌合部の嵌合軸回りのモーメント
   と、外積ベクトルの方向に対する反力とを検出し、かつ
   前記制御用計算機に対して出力する力トルク検出器を取
   り付け、前記制御用計算機に、前記力トルク検出器で検
   出されたトルクと、凹嵌合部の嵌合軸回りのモーメント
   と、それらの方向ベクトルから凹嵌合部の嵌合軸に垂直
   なトルクの軸モーメントの方向を同定し、かつこの軸モ
   ーメントの方向と、移動する嵌合部に印加した力の方向
   から外積ベクトルの方向を演算し、その外積ベクトルの
   方向にマニピュレータを制御し力を印加する部門と、前
   記外積ベクトルの方向に対する反力の有無を判定し、こ
   の反力が無と判定したときは前記反力が検出されるまで
   前記外積ベクトルの方向に力を印加し、前記反力が有と
   判定したときは外積ベクトルの方向の力をクリアすべく
   制御する部門と、前記外積ベクトルの方向の力をクリア
   したのち、移動する嵌合部の嵌合軸方向に印加した力の
   みに対応する軸モーメントの有無を検出し、その軸モー
   メントが有と判定したときはこの軸モーメントの方向に
   マニピュレータを制御し、凸嵌合部と凹嵌合部を嵌合さ
   せる部門とを付加したことを特徴とする凸嵌合部と凹嵌
   合部の嵌合装置。 ７、前記制御用計算機に、凸嵌合部の凸部と凹嵌合部の
   嵌合穴とが食いついたと判定したときに、移動する嵌合
   部をその嵌合軸の回りにさい差運動させ、食いつきを解
   除する部門を追加したことを特徴とする請求項６記載の
   凸嵌合部と凹嵌合部の嵌合装置。 ８、前記力トルク検出器として、凹嵌合部の嵌合軸に働
   く力と、この嵌合軸と直交する２軸方向に働く力と、こ
   れら３軸回りに働くモーメントとを検出可能な６軸力ト
   ルク検出器を用いたことを特徴とする請求項６記載の凸
   嵌合部と凹嵌合部の嵌合装置。 ９、少なくとも５自由度のマニピュレータの先端部と、
   前記固定手段のいずれか一方に、嵌合対象の嵌合軸に対
   して平行でない独立した少なくとも２つの軸回りのモー
   メントを検出可能なモーメント検出用梁を設け、このモ
   ーメント検出用梁には前記力トルク検出器に代えてモー
   メント検出用歪みゲージを設けるとともに凹嵌合部を支
   持し、前記マニピュレータと固定手段のうちの、モーメ
   ント検出用梁を設けていない方には凸嵌合部を支持する
   ようにしたことを特徴とする請求項６記載の凸嵌合部と
   凹嵌合部の嵌合装置。 １０、前記凸嵌合部をボルトとし、凹嵌合部をナットと
   して請求項１または２記載の嵌合方法を利用してボルト
   とナットを嵌合させたのち、ボルトとナットを相対的に
   回転させ、締結することを特徴とするボルト、ナットの
   嵌合、締結方法。