JPH0435294B2

JPH0435294B2 -

Info

Publication number: JPH0435294B2
Application number: JP62035902A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi
Original assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1992-06-10
Also published as: JPS63207531A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動組立ハンドに係り、特に、ピン
立て作業などの基本的な作業を簡易な構成でもつ
て、自動的に、しかも的確に行う組立ハンドに関
する。

（従来の技術）自動的に嵌め合いを行う場合、例えば、穴に対
してピンが垂直にしかも穴の中心とピンの中心が
完全に一致するように位置決めできた状態で挿入
作業を行うことができれば問題はないが、実際の
作業の自動化はロボツト或いは自動組立機で行わ
れ、高精度の位置決めと傾きの制御を行うことは
困難である。このことは穴とピンとのすきま（ク
リアランス）が小さくなればなるほど問題が難し
くなる。つまり、(1)穴とピンとの中心の位置合わ
せの難しさ。(2)ピンを把持する機構が必要である
が、ピンの傾きの誤差を零にすることの難しさ。
(3)ピンを穴の中心軸に沿つて降ろすことが必要で
あるが、ピンを真に垂直に沿つて降ろすことの難
しさ。

などがあり、ピン立て作業の誤差の要因になつて
いる。

これらが解決できないと、ピンが穴に入らなか
つたり、ピンが穴の途中でカジリ付いたりするこ
とになる。

そこで、ピンと穴との相対的な位置合わせと姿
勢（傾き）の誤差を修正することを目的として
種々の機構・ハンドが開発されている。

以下、２通りの基本的な考え方について説明す
る。

(1) ハンドに柔軟性を持たせて、自動（受動）的
にピンを穴に倣わせようとする方法。

この代表的なものとして、RCC（リモートセ
ンターコンプライアンス）機構があり、これは
ピンと穴との位置ずれと傾きの誤差をピンを押
し込む工程で、これらが自動的に小さくなる方
向に動き易い機構とバネを工夫することによつ
て構成したものである。

以下、このRCCハンドの構成第２８図及び
第２９図を用いて説明する。

図中、１はハンドとの結合部、２は横方向コ
ンプライアンスリンク、３は回転コンプライア
ンスリンク、４はコンプライアンスセンタ、５
は並進部、６は回転部である。

これはクリアランスの小さいピンと面取りの
ついた穴との嵌め合い作業に適するもので、平
行四辺形リンクからなる並進部５と台形状のリ
ンクからなる回転部６の組み合わせからなつて
いる。このリンクを直列に等価的に示すと第２
５図のようになり、そのリンクの組み合わせの
下端に挿入すべきピンを取り付ける。そこで、
ピンに垂直な方向に力が作用すると、平行四辺
形リンクの働きにより、ピンはその姿勢を維持
したまま加えられた力の方向に移動する。ま
た、回転方向の力が作用すると、コンプライア
ンスセンタ４を中心にして、台形状のリンクの
働きにより、ピンは回転運動をする。従つて、
穴８に面取りがしてあり、その部分にピンの先
端が当たると、押し込みと同時にピンは横方向
に力を受け穴の中心方向に移動する。また、斜
めにピンが挿入された時はコンプライアンスセ
ンタ４を中心に回転が生じ、穴の中心線とピン
の中心線を一致させる方向へ運動が生じる機構
となつている。

(2) 次に、能動的に相対誤差を小さくしようとす
る方法について第３０図及び第３１図を参照し
ながら説明する。

ピン１２を穴１３に挿入動作をするロボツト
の腕１１がＸ，Ｙ方向に動く、センサとして
は、例えば、ひずみゲージ１４が十字形のバネ
１５に付いていて、このセンサ出力と、ロボツ
トのＸ，Ｙ方向の駆動部分とでサーボ系を組ん
でいる。

そこで、ロボツトの手首部に設けられたセン
サにより、ピン１２の穴１３への挿入作業中に
生じる力を検出し、この力を一般的には減じる
方向に手首部を動かして中心軸を合わせる方法
である。

尚、上記(1)のRCC機構としては、米国特許第
4098001号明細書、米国特許第4439926号明細書
（US，C133）などが挙げられる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記(1)の従来技術によれば、
RCCハンドのセンタの位置がピンの先端部にな
るように機構の寸法とバネ定数の配分が決定され
ることから、把持対象とするピンの長さが変化し
た場合には、その効果がなくなる。つまり、個々
の作業に応じて設計されたRCCハンドを用いる
必要があり、汎用性に乏しい。また、かなり柔ら
かいバネであることから、ピンを穴の近くへ近ず
げる移動が行われる際に、振動が生じ組み立て作
業の全体としてのスピードが低下し、作業能率が
低減する。

また、上記(2)の従来技術によれば、力センサが
必要であり、少なくともＸ，Ｙ方向の力の検出が
必要である。また、傾き、位置を微調整できるサ
ーボ機構が必要である。このハンド部に微調整機
構と力センサの両方を組み込んだものの実用例は
非常に少ない。

本発明は、上記の問題点を除去し、簡単な構成
でもつて、自動的にしかも的確に組立作業を遂行
し得る自動組立ハンドを提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記の問題点を解決するために、挿
入部品を装着した可動体を支持可能なリニア直流
アクチユエータリニア形手首機構を構成し、穴へ
の挿入部品の挿入過程での状態の判別と接触点の
位置の推定をその手首機構に組み込まれている空
芯コイルの電流値に基づいて行い、挿入部品の挿
入作業を円滑に行うための挿入部品の位置、姿勢
の調整を能動的に行うようにしたものである。

（作用）本発明によれば、上記したように、挿入部品を
リニア直流アクチユエータ形手首機構によつて支
持し、支持位置設定値、姿勢位置設定値から挿入
部品の位置姿勢を操り、嵌め合いを円滑に行うこ
とができる。また、力の推定を空芯コイルの電流
値の測定のみで正確に行うことができ、制御系の
線形化のためのバイアス電流が不要である。更
に、一自由度の位置の制御を一個のリニア直流ア
クチユエータ要素でも行うことができる。挿入作
業の対象となる挿入部品の長さが変化しても、こ
れに伴う機械的な変更を伴うことなく、直ぐに対
応でき、弾力的に運用することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳
細に説明する。

第１図は本発明の自動組立ハンドの断面図、第
２図は本発明の自動組立システムを示す全体構成
図である。

図中、２０はハンドの外枠、２１はこの外枠に
取り付けられる固定磁極であり、可動体４０に取
り付けられた空芯コイル２６と共に、可動体４０
のＺ軸方向の制御を行うリニア直流アクチユエー
タ要素を構成する。また、２２及び２４は外枠２
０に取り付けられる固定磁極であり、可動体４０
に取り付けられた空芯コイル２７及び２９と共
に、可動体４０の上方のＸ軸方向の制御を行うリ
ニア直流アクチユエータ要素を構成する。更に、
２３及び２５も同様に設けられる固定磁極であ
り、可動体４０に取り付けられた空芯コイル２８
及び３０と共に、可動体４０の下方のＸ軸方向の
制御を行うリニア直流アクチユエータ要素を構成
する。この可動体４０の下方にはピンのチヤツク
４１が設けられ、嵌め合いを行うピン４２が装着
される。また、３１，３６，３７はハンドの外枠
２０内に設けられ、Ｚ軸方向の変位を検出する位
置検出器（キヤツプセンサ）、３２及び３４は上
方のＸ軸方向の変位を検出する位置検出器、３３
及び３５は下方のＸ軸方向の変位を検出する位置
検出器であり、また、図示されていないが、Ｙ軸
方向の制御を行うリニア直流アクチユエータ要素
が前後に配置される。また、Ｚ軸方向の位置検出
器は中央に設けられる位置検出器３１に代えて、
その左右の位置に位置検出器３６及び３７を配置
し、その平均をとるようにしてもよい。なお、ｌ
は空芯コイルへの給電線であり、可動体４０の移
動を拘束しないように自由度がある配線となつて
いる。

ここで、留意すべきことは、図の点線による部
分、つまり、左側のリニア直流アクチユエータ要
素は省略しても右側及び上側のリニア直流アクチ
ユエータ要素でもつて、十分な機能をはたすこと
ができる。しかし、更に、高精度の組み立てを行
う場合には、図のように、軸対称位置に、リニア
直流アクチユエータ要素及び位置検出器を配置
し、両側から一対のリニア直流アクチユエータ要
素及び位置検出器で差動的に力の制御やギヤツプ
の検出を行うようにすればよい。上記実施例で
は、磁気回路を固定側に配置し、空芯コイルを可
動側に設けるようにしたが、逆に、空芯コイルを
固定側、磁気回路を可動側に配置するようにして
も、同様の作用、効果を得ることができる。この
ように構成すると、空芯コイルへの給電線の配線
が容易である。更に、Ｘ軸方向のリニア直流アク
チユエータ要素の配置は、固定磁極２２と２５を
対向させるか、固定磁極２３と２４を対向させよ
うな配置、つまり、高さが互い違いになるように
配設するようにしてもよい。

また、４２はチヤツク４１に装着されるピン、
４３はテーブル上にセツトされた部材、４４はそ
の部材４３にあけられたピン４２が挿入される
穴、５０はリニア直流アクチユエータ形手首機構
の制御装置、５１はCPU（中央制御装置）、５２
はメモリ、５３は入出力インターフエース、５４
はデイスプレイ付入出力装置、５５は電源、５６
は電源に接続され、入出力インターフエース５３
に接続されるパワー制御部であり、リニア直流ア
クチユエータ要素に接触される。また、５８はハ
ンドを制御するロボツト本体制御装置である。

そして、以下、順に示されるように、本発明の
リニア直流アクチユエータ形手首機構は、前記し
たリニア直流アクチユエータ要素の空芯コイル２
６乃至３０により、可動体の姿勢を検知し、かつ
可動体４０の中心軸の回転運動を除く５自由度を
全て能動的に制御することができる。

以下、詳細にリニア直流アクチユエータ（ボイ
スコイル形アクチユエータ）要素について、説明
する。

第３図は係るリニア直流アクチユエータ（ボイ
スコイル形アクチユエータ）要素の断面図、第４
図はそのアクチユエータ要素の固定磁極の断面
図、第５図は第４図のＡ−Ａ線矢視図、第６図は
固定磁極へ筒状に巻回された空芯コイルを組み合
わせた断面図、第７図はその空芯コイルの断面図
である。

まず、第４図及び第５図に示されるように、中
央に円柱６１が形成された円筒体６２からなる固
定磁極６０を設け、これらの図に示されるような
磁気回路によつて、放射状の一様な磁界を得る。
その磁界中に、筒状に巻いた空芯コイル６３を、
第６図に示されるように、装着すると、そのコイ
ル６３を流れる電流ｉに比例する電磁力F′を矢印
の方向に発生させることができる。ここで、一様
な磁界の磁束密度Ｂ、コイルの巻数ｎ、電流ｉと
すると、Ｆ＝ｋ・ｎ・Ｂ・ｉｋ：コイルの寸法によつて決まる定数となり、第６図に示されるように、空芯コイル６
３に直流電流が流されると、フレミング左手の法
則により、電磁力F′が発生する。また、直流電流
の方向を逆にすると、電磁力は逆向きになる。

このリニア直流アクチユエータ自体はスピーカ
ーの振動発生部に利用されており、コイルの電流
に正確に比例する電磁力を発生させることができ
る。

なお、この種のリニア直流アクチユエータ要素
は可動体及びピンの重量が比較的軽い場合に適し
ている。従つて、Ｚ軸の制御に関しては、磁界と
電流の相互作用によつたのでは、重量の大きい可
動体の支持が容易でない場合には、Ｚ軸の制御に
関しては、従来の磁気軸受のスラスト軸受部を用
いるようにしてもよい。また、検出感度をさほど
要求しないならば、Ｚ軸に関しては補助的に機械
的なバネを介して可動体を支持するようにしても
良い。また、可動体４０の回転軸φの保持は永久
磁石を用いて非接触状態で行うか、或いは回転軸
φの運動のみを阻止するバネを設けるようにすれ
ばよい。

このように、構成することにより、 (1) 力の推定を電流値の測定のみで正確に行うこ
とができる。

(2) 磁界が一定の領域では位置によらずに上記の
関係が得られる。

(3) 制御系の線形化のためのバイアス電流が不要
である。

(4) 一自由度の位置の制御を一個のリニア直流ア
クチユエータ要素でも行うことができる。これ
に対し、電磁石による吸引力を利用したもの
は、吸引力のみしか発生しないので、通常一対
の電磁石を必要とするのに対して、このリニア
直流アクチユエータでは電流の流れる向きが変
われば、力の方向も変わることにより、一個の
要素で制御することができる。

(5) 更に、数mm〜数cmの移動距離を容易に実現で
きることにより、組立用ハンドとして利用した
場合、位置、姿勢の修正可能範囲が通常の磁気
軸受に比べて拡大する。

第８図及び第９図は本発明の第２実施例を示す
リニア直流アクチユエータの構成図であり、第８
図はその断面図、第９図は第８図のＢ−Ｂ線矢視
図である。

この実施例においては、中央に角柱６５が形成
された角形筒状部材６６からなる固定磁極６４及
びコイルを前記の円形に代えて、矩形に形成した
角形空芯コイル６７を有する構成となつている。

第１０図及び第１１図は本発明の第３実施例を
示すリニア直流アクチユエータの構成図であり、
第１０図はその断面図、第１１図は第１０図のＣ
−Ｃ線矢視図である。

この実施例においては、中央に角柱６９が形成
された山形部材７０からなる固定磁極６８形成
し、角形空芯コイル７１を装着した構造を有す
る。

更に、リニア直流アクチユエータの構成は、第
１２図乃至第１５図に示されるように構成しても
よい。即ち、第１２図はその固定磁極の斜視図、
第１３図はコイルの斜視図、第１４図はそのアク
チユエータの断面図、第１５図は第１４図のＤ−
Ｄ線矢視図である。

この実施例は、第１２図に示されるように、互
いに向かいあつた一対の固定磁極７２を配置し、
その一様な磁界中に、第１３図に示されるよう
な、矩形状のコイル７３を配設する。そして、例
えば、その矩形状のコイル７３に、第１４図に示
されるような直流電流を流すと、フレミング左手
の法則により、電磁力Ｆが矢印の方向へ発生す
る。また、これと逆の方向に直流電流を流すと、
電磁力Ｆと逆の方向に電磁力を発生させることが
できる。

この種のリニア直流アクチユエータを要素とし
て組み合わせ、第１６図に示されるような自動組
立てハンドを構成することができる。第１６図に
おいて、８０はハンドの外枠、８１はその固定さ
れる一対の固定磁極（第１４図の固定磁極７２に
対応）であり、矩形状のコイル（第１４図の矩形
状のコイル７３に対応）８６と共に、Ｚ軸方向の
制御を行うリニア直流アクチユエータ要素を構成
する。同様に、一対の固定磁極８２と矩形状のコ
イル８７は上方のＸ軸方向の制御を行うリニア直
流アクチユエータ要素を、一対の固定磁極８３と
矩形状のコイル８８は上方のＸ軸方向の制御を行
うリニア直流アクチユエータ要素をそれぞれ構成
する。更に、図示されていないが、少なくとも前
か後に、一対の固定磁極と矩形状のコイルを２段
に配設して、Ｘ軸と同様にＹ軸方向の制御を行う
リニア直流アクチユエータ要素を設けるようにす
る。また、ここで、７４は可動体、７５はチヤツ
ク、７６はピンである。

この実施例は、小さいピンなどの嵌め合い用の
アクチユエータ要素として好適である。

以下、この自動組立ハンドを用いたピン立て作
業の１例を第２図及び第１７図を参照しながら、
Ｘ，Ｚ平面を用いて説明する。実際にはZY平面
とのベクトル和で現象を把握することができる。

まず、ピン４２の挿入作業に先立ち、穴を有す
る部材４３を取り付けたテーブル（図示なし）が
移動機構によつて、XYについてのおおよその位
置決めがなされ、穴４４とピン４２との中心位置
をある誤差範囲内に合わせる。

そして、本発明のリニア直流アクチユエータ要
素形手首機構を具備するハンドが下げられ、第１
７図ａに示されるように、部材４３に当接し、ピ
ン４２が粗位置決めされる。部材４３に当接した
ことは、部材４３に対する可動体４０の抗力F_zが
作用し、Ｚ軸方向の距離の変化を検出する位置検
出装置３１からの出力信号S₁により検出される。

次に、第１７図ｂに示されるように、部材４３
の穴４４にピン４２を落とし込む、つまり、穴４
４の探索を行う。穴４４が探索されたことは、ピ
ン４２が穴４４へ落ち込み、ピン４２に連結され
ている可動体４０へ作用していた抗力F_zがなくな
ることを、Ｚ軸方向の位置を検出する位置検出装
置３１からの出力信号S₁により検出することがで
きる。

このようにして、穴４４が探索されると、ハン
ドを−Ｚ方向に移動し、ピン４２が穴４４にカジ
リつくか否かをみながら、ピン４２を挿入してい
く。

もし、第１７図ｃに示されるように、ピン４２
が穴４４にカジリつくと、再び、可動体４０の部
材４３に対する抗力F_zが作用し、Ｚ軸方向の位置
を検出する位置検出装置３１からの出力信号S₁に
より検出される。そして、穴４４が探索された時
点から、ピン４２が穴４４にカジリついた時点ま
でのＺ軸方向の距離ｌと、ピン４２と穴４４とク
リアランスΔwとから、ピン４２の傾きθを検出
し、第１７図ｄに示されるように、この傾きθの
修正を行う。

次に、第１７図ｅに示されるように、その修正
後はピン４２が穴４４の底に到達すると、Ｚ軸方
向の位置を検出する位置検出装置３１からの出力
信号S₁により検出される。

このように、自動的に、しかも的確にピン挿入
作業を行うことができる。

以下、本発明のリニア直流アクチユエータ要素
形手首機構を具備するハンドを用いたピンの組立
方法を第１８図のフローチヤートにしたがつて更
に詳細に説明する。

なお、第２図に示されるリニア直流アクチユエ
ータ形手首機構の制御装置５０のメモリ５２に
は、予め、ピンと穴とのクリアランス値Δw、Ｚ
軸方向の閾値F_s、ピンの傾きθ_k及び各リニア直流
アクチユエータへ分配される電流値とをテーブル
にしてROMに記憶しておく。

まず、ハンドへのピンの装着を行う。

ハンドをロボツト本体制御装置５８、例え
ば、NC制御装置により、Ｘ，Ｙ，Ｚの基本座
標上に移動して、ピンの穴に対する粗位置決め
を行う。この場合、ピンが穴を有する部材に当
接すると、可動体４０に抗力F_zが作用し、この
抗力F_zの大きさを主としてリニア直流アクチユ
エータ要素の空芯コイル２６の電流値及びＺ軸
方向の位置を検出する位置検出装置３１で検知
する。そして、抗力F_zがある閾値F_sに達するま
では、ピンを穴に近ずけて良いこととし、F_z＞
F_sになつた時点でＺ軸方向のハンドの移動を速
やかに停止させる。

ピンが穴に係合しているか否かを判断する。
この判断は抗力F_zに基づいて行なう。係合して
いる場合にはステツプに進む。

ピンが穴に係合していない場合には、穴の探
索を行う。

穴の探索、つまり、抗力F_z＜F_sになつたか否
かを判断する。

穴が探索される、つまり、抗力F_z≧F_sであつ
た状態から、抗力F_z＜F_sに変化すると、その時
点のＺ軸方向の位置Z₁を読み込み、メモリ５２
に記憶し、ハンド下げを行う。

ハンド下げ中に、ピンが穴にカジリつく否か
を判断する、つまり、抗力F_z＜F_sの状態から、
抗力F_z≧F_sに変化するか否かを判断する。

抗力F_z≧F_sに変化すると、その時点のＺ軸方
向の位置Z₂を読み込み、前記位置Z₁との差を
CPU５１で計算して、Ｚ軸方向の移動距離Z_D
を求める。そこで、その移動距離Z_Dと、メモリ
５２に記憶されているピンと穴とのクリアラン
ス値Δwとに基づいて、その時のピンの傾きθ₁
を求める。

手首機構によるあやつりにより、そのピンの
傾きθ₁を減じる方向に各リニア直流アクチユエ
ータ要素の空芯コイルの電流を分配しその傾き
θ₁を修正する。この修正は予め記憶されている
ピンの傾きθ₁と各リニア直流アクチユエータ要
素の空芯コイル２７乃至３０（図示されないが
Ｙ軸方向を制御する空芯コイルも含む）へ分配
される電流値のテーブルを用いて、即座に、そ
の傾きθ₁を修正する。即ち、第１の接触開始か
らの２点接触が起こるまでのハンドの移動距離
Z_Dとクリアランス値Δwから傾きの方向と大き
さが推定できる。そこで、これを減じるよう
に、２つの接触点の中心を不動点として、この
点を中心にして、ピンの傾きの修正を行う。

ピンの傾きθ₁が修正されると、再び前記同様
にハンド下げを行う。

ピンの先端が穴の底に当接するか否か、つま
り、抗力F_z＜F_sの状態から抗力F_z≧F_sに変化す
るか否かを判断する。

抗力F_z≧F_sに変化すると、ハンド下げを止め
る。

ハンドからピンを外す。

上記実施例においては、部材に円柱状の穴が形
成され、その穴にピンを挿入する場合について説
明したが、次に、面取りが施された穴へのピンの
挿入の場合について詳細に説明する。

第１９図は面取りが施された穴へのピンの挿入
作業について説明する。

まず、第１９図ａに示されるように、部材９２
の穴９３には面取り部９４が設けられ、その面取
り部９４にピン９１の下端の円周の一点が接触
し、粗位置決めされる。なお、ピン９１が面取り
部９４に接触せず、それより外側に粗位置決めさ
れた場合には前記した穴の探索（前記ステツプ
）（この場合は正確には面取り部の探索）によ
り面取り部９４を探索するためあやつるが、最近
はロボツトも視覚センサを持つようになり、位置
決め精度が向上してきているので、通常、粗位置
決めの段階でピン９１は面取り部９４に接触させ
ることができる。

この場合には面取り部９４の円錐状の面にピン
９１の下端の円周の一点が載ることになり、Ｚ軸
（スラスト）方向の抗力F_zと穴９３の中心に向か
う半径（ラジアル）方向の抗力F_bが作用する。
そして、これらの抗力は、スラスト、ラジアルの
各コイルの励磁電流値をインターフエース５３を
介して制御装置５０に取り込み、CPU５１によ
り演算され、求められる。

この点について詳細に説明する。

第２０図に示されるように、このリニア直流ア
クチユエータの場合、被支持可動体９５に作用す
る１つのリニア直流アクチユエータ要素について
みてみると、その電磁力Ｆは一般に、Ｆ＝ｋ・ｎ・Ｂ・ｉ＝ｆ（ｉ）で表される。ここで、ｉ：コイルに流す電流、関
数ｆはコイルの形状、寸法、材質、巻数などによ
つて決まる。

次に、電磁力の推定について説明する。

被支持可動体９５に作用する電磁吸引力Ｆは前
記したように、Ｆ＝ｆ（ｉ）で表せることから、
電流ｉを測定して、その被支持可動体９５に作用
する電磁力Ｆを求めることができる。或いは電流
ｉの代表点での電磁力Ｆを書き込んだROMを用
意しておき、このデータから補間法によつて電磁
力Ｆを求める方法をとることもできる。

次に、被支持可動体に作用する力の大きさと作
用点の推定法について第２１図を用いて説明す
る。

なお、ここでは、被支持可動体９８は下方にピ
ン９９が装着されている。なお、Ｚ，Ｘの１平面
内で説明する。また、重心Ｇの位置を座標原点と
して説明する。

今、リニア直流アクチユエータ要素による被支
持可動体９８が機械的接触がない状態で支持され
ている時を平衡状態とする。

次に、ピン９９の先端のある点が接触し、これ
を検知し、Ｚ軸方向の送りを停止し、保持した状
態において、リニア直流アクチユエータ要素の各
空芯コイルの電流値から、上方のラジアル軸受部
による支持力の平衡状態からの変化f₁、下方のラ
ジアル軸受部による支持力の平衡状態からの変化
f₂、スラスト軸受部による支持力の平衡状態から
の変化f₃を求めることができる。

そのf₁の作用点の重心Ｇからの距離をl₁、そのf₂の作用点の重心Ｇからの距離をl₂ 但し、＋Ｚ方向を正、−Ｚ方向を負とする。

そこで、F_z，F_bのx_cを求める。

力の釣り合いから、 f₁＋f₂＋F_b＝０ f₃＋F_z＝０ f₁l₁＋f₂l₂＋F_zx_c＋F_bl₃＝０が成立する。

これより、 F_z＝−f₃ F_b＝−（f₁＋f₂） x_c＝（f₁l₁＋f₂l₂−f₁l₃−f₂l₃）／−f₃ ＝〔（l₃−l₁）f₁＋（l₃−l₂）f₂〕／f₃ で求めることができる。

上の式から分かるように、（l₃−l₁），（l₃−l₂）
が分かつておればよく、結果的には被支持可動体
９８の重心位置を知る必要はない。

ピン９９の質量、長さが変化しても、ピン９９
長さを知ることで対応することができる。

このように、各要素の支持力との釣り合い式か
らそのF_z，F_bの大きさと共に接触点の位置を推
定できる。つまり、磁気浮上手段により完全に非
接触支持されていたものが、初めて、一点のみ機
械的接触があるようになつたという条件下におい
て、推定が可能になる。稀に、部材の穴の周縁の
２点で接触する場合があるが、この場合は、計算
では一点のみで接触しているとみなして処理する
が、その点は２点の中間のある位置となるので、
後に述べる位置の修正法には問題はない。

次に、第１９図に戻り、前記した穴の探索（前
記ステツプ）により面取り部９４から内側の穴
内にピン９１をあやつり、第１９図ｂに示される
ように、ピン９１が内側の穴内に至ると、F_z≧F_s
状態からF_z＜F_sに変化するので、これを検出し
て、ハンド下げを行う（前記ステツプ）。

次に、第１９図ｂに示されるように、ピン９１
が穴９３にカジリ付くか否かをみながら、挿入し
て行く。

以下、第１９図ｃ及び第１９図ｄに示されるよ
うに、前記したステツプ〜〓にしたがつて、ピ
ンの挿入作業を遂行する。

また、対象とするピンの長さの変化に対して、
機械的変化がなく、直ぐに対応できる。

更に、各支持要素としての空芯コイルのゲイン
を調整することによつて任意の位置にコンプライ
アンスセンタを設定するようにすることもでき
る。

ところで、RCC機構はピンの先端部に加わる
力に対してその剛性の中心がピンの先端の中心の
位置になるようにバネによつて機構的に工夫した
ものである。

説明を第２２図を用いて、Ｘ，Ｚ平面について
行う。

この場合、 (1) Ｘ方向の力F_bがピン１００の端部に加わつ
た時、ピン１００がＸ方向に並進するように変
位すること。

(2) また、Ｚ方向の力F_zに対しては、この作用に
よつて生じるモーメントによつてRCC点１０
１を中心に回転変位すること。

を満たすような弾性系をハンドに持たせるように
したものである。

そこで、第２３図において可動体１０２にピン
１０３が装着される場合、 P₀：ピン１０３の先端の中心、x₁：P₀から距
離l₁₁の点p₁のｘ方向の変位、x₂：P₀から
距離l₂₁の点p₂のｘ方向の変位。

とすると、前記したハンドで点p₁にf₁、点p₂にf₂の作用力
を発生するようにすることができる。

今、P₀から距離ａだけ離れた点で端部が接触
し、F_b，F_zが接触点からピン１０３に働いてい
るとする。

力の釣り合いから f₁＋f₂＝F_b …… l₁₁f₁＋l₂₁f₂＝ａ・F_z …… を満たすことが必要である。

RCC機構の機能とは、この時、次の関係を満
たすことである。

x₁＝x_b1＋x_z1 …… x₂＝x_b2＋x_z2 …… x_b1＝x_b2＝k_b・F_b …… x_z1＝x_z2・（l₁₁／l₂₁）＝k_z・ａ・F_z …… 但し、x_b1はF_bに対する点p₁の変位変化 x_b2はF_bに対する点p₂の変位変化 x_z1はａ・F_zに対する点p₁の変位変化 x_z2はａ・F_zに対する点p₂の変位変化 k_bはF_bに対する剛性係数、 k_zはａ・F_zのモーメントに対する剛性係数である。

一方、磁気軸受機構はf₁，f₂をx₁，x₂に対し
て、 f₁＝k₁₁x₁＋k₁₂x₂ …… f₂＝k₂₁x₁＋k₂₂x₂ …… の関係で得るようにすることができる。

但し、k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂はフイードバツクゲ
インである。

x₁，x₂は最小２個のギヤツプセンサの検出値か
ら線形演算で得ることができる。つまり、オペア
ンプ或いはコンピユータで演算可能である。

そして、前記k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂の値を上記
乃至を満たすように決定することができる。

〔１〕今、F_z＝０の場合を考える。つまり、
F_bだけ働いたとすると、上記及びより、 f₁＋f₂＝F_b …… l₁₁f₁＋l₂₁f₂＝０ …… 上記及びより、 x_b1＝x_b2＝k_b・F_b …… x_Z1＝x_Z2・（l₁₁／l₂₁）＝０ …… 上記と上記より、 x₁＝x_b1＝k_b・F_b …… 上記と上記より、 x₂＝x_b2＝k_b・F_b …… 上記に上記及びを代入し、 f₁＋f₂＝（k₁₁＋k₂₁）x₁ ＋（k₁₂＋k₂₂）x₂ ……〓これに更に上記，を代入して、 ∴F_b＝（k₁₁＋k₂₁）k_b・F_b ＋（k₁₂＋k₂₂）k_b・F_b …… ∴１＝（k₁₁＋k₂₁＋k₁₂＋k₂₂）k_b ……（ｉ）また、上記と，、更に、及びより、 l₁₁f₁＋l₂₁f₂＝（l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁）x₁ ＋（l₁₁k₁₂＋l₂₁k₂₂）x₂ ＝（l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁＋l₁₁k₁₂＋l₂₁k₂₂）・k_b・F_b …… ０＝l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁＋l₁₁k₁₂＋l₂₁k₂₂ ……（）〔２〕 F_b＝０の場合、つまり、F_zだけが働い
た場合。

上記及びより、 f₁＋f₂＝０ …… l₁₁f₁＋l₂₁f₂＝ａ・F_z …… また、上記，，及びより、 x₁＝０＋x_z1＝k_z・ａ・F_z …… x₂＝０＋x_z2＝（l₂₁／l₁₁）・k_z・ａ・F_z …… 上記及びより、 f₁＋f₂＝（k₁₁＋k₂₁）x₁ ＋（k₁₂＋k₂₂）x₂ …… 上記と，及びk₁₁＋k₂₁）・k_z・ａ・F_z ＋（k₁₂＋k₂₂）（l₂₁／l₁₁）・k_z・ａ・F_z……〓〓故に、 l₁₁k₁₁＋l₁₁k₂₁＋l₂₁k₁₂＋l₂₁k₂₂＝０ ……（）上記と及びより、 l₁₁f₁＋l₂₁f₂＝（l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁）・x₁＋（l₁₁k₁₂＋
l₂₁
k₂₂）x₂ …… 更に、上記及びより、ａ・F_z＝（l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁）・k_z・ａ・F_z＋（l₁₁k₁₂
＋l₂₁k₂₂）（l₂₁／l₁₁）・k_z・ａ・F_z ……〓〓 ∴１＝〔l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁＋l₂₁k₁₂ ＋（l₂₁ ²／l₁₁）k₂₂〕k_z ……（） F_bとF_zの両方の力が働いた場合においても重
ね合わせできることから、上記（）（）（）（）式から k₁₁，k₁₂，k₂₁，k₂₂を決定することができる。

即ち、 k₁₁＋k₂₁＋k₁₂＋k₂₂＝１／k_b ……（）′ l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁＋l₁₁k₁₂＋l₂₁k₂₂＝０ ……（）′ l₁₁k₁₁＋l₁₁k₂₁＋l₂₁k₁₂＋l₂₁k₂₂＝０ ……（）′ l₁₁k₁₁＋l₂₁k₂₁＋l₂₁k₁₂ ＋（l₂₁ ²／l₁₁）・k₂₂＝１／k_z ……（）′ 上記（）′〜（）′の連立方程式は、４個の
未知数k₁₁，k₂₁，k₁₂，k₂₂に対して、一般に独立
な４個の式が存在することにより、解を求めるこ
とができる。

即ち、前記連立方程式を解くと、（）′と（）′より（l₂₁−l₁₁）k₂₁＋（l₁₁−l₂₁）k₁₂＝０ ∴k₂₁−k₁₂＝０ ∴k₂₁＝k₁₂ 従つて、 k₁₁＋2k₁₂＋k₂₂＝１／K_b ……（）″ l₁₁k₁₁＋（l₁₁＋l₂₁）k₁₂＋l₂₁k₂₂＝０ ……（）″ l₁₁k₁₁＋2l₂₁k₁₂＋（l₂₁ ²／l₁₁）・k₂₂＝１／k_z 故に、 l₁₁ ²k₁₁＋2l₁₁・l₂₁k₁₂＋l₂₁ ²k₂₂ ＝l₁₁／k_z ……（）″ この３元１次方程式を解くと、結局、解は、次のようになる。

k₁₁＝〔（l₂₁ ²／k_b）＋（l₁₁／k_z）〕／（l₁₁−l₂₁）² k₁₂＝k₂₁ ＝〔−（l₁₁l₂₁／k_b）−（l₁₁／k_z）〕／（l₁₁−l₂₁）² k₂₂＝〔（l₁₁ ²／k_b）＋（l₁₁／k_z）〕／（l₁₁−l₂₁）² このような関係を満足するようにk₁₁，k₂₁，
k₁₂，k₂₂を決定すればよい。

つまり、F_bによる並進運動に対する剛性k_b及
びF_zによるRCC点まわりの回転運動に対する剛
性係数k_zを設定した場合に対して、k₁₁，k₂₁，
k₁₂，k₂₂を決定することができる。

そこで、第２４図に示されるように嵌め合いを
行うピン１０３が装着された空芯コイル１０４を
有する可動体１０２に固定磁極１０８，１０９及
びギヤツプセンサ１０６，１０７を対向させ、可
動体１０２を第２５図に示されるように制御す
る。つまり、ギヤツプセンサ１０６及び１０７に
より、ギヤツプ信号g₁及びg₂を得手、線形演算回
路１１１により、x₁及びx₂を得る。そのx₁及びx₂
に基づいて、線形演算回路１１２により、電磁吸
引力f₁及びf₂の指令値fc₁，fc₂を得る。その指令
値fc₁，fc₂を演算アンプ１１３及び１１４に与え
て、現在の空芯コイル１０４及び空芯コイル１０
５の励磁電流とを比較し、電磁吸引力f₁及びf₂を
発生させるようにすることができる。

なお、一般には、第１図に示されるように、ギ
ヤツプセンサからの出力信号を制御装置６０に読
み込み、制御装置６０内において、上記した各演
算処理を行い、電磁吸引力f₁及びf₂を発生させる
ようにすることができる。

また、非接触で支持した場合及びピンの先端で
接触した場合の安定性を増すために、ダンピング
を加える必要があるが、この場合には、 f₁ f₂＝k₁₁，k₁₂ k₂₁，k₂₂ x₁ x₁＋D₁₁，D₁₂ D₂₁，D₂₂ x₁ x₂ となるように、x₁，x₂に対して、f₁，f₂を発生す
るように制御系を構成することにより、任意のダ
ンピング特性を設定することができる。

ここで、ｘ・₁，ｘ・₂はx₁，x₂の時間微分を表し、
一般には、 D₁₁，D₁₂ D₂₁，D₂₂＝Ｃk₁₁，k₁₂ k₂₁，k₂₂ の関係で求めて良い。

この場合は、Ｚ軸方向に関しては、特に、非接
触支持である場合はなく、バネなどで支持するよ
うにしても良い。このように構成すると、f₁をx₁
からだけでなく、x₁とx₂とから、f₂をx₂からだけ
でなく、x₁とx₂とから決めることができる。

このようにして、RCCハンドと等価又は更に
機能が付加された組立ハンドを構成することがで
きる。

次に、第２６図及び第２７図は本発明の第３の
実施例を示す角形ピンの自動組立ハンドの構成図
である。

図中、１２０はロボツト或いは組立機の位置決
め機構、１２１はハンドの外枠、１２２乃至１２
５はリニア直流アクチユエータの固定磁極、１２
６乃至１３０はギヤツプセンサ、１３１はバネ、
１３２は被支持可動体、１３３はチヤツク、１３
４は角形の挿入部品、１３５は凹部を有する部
品、１３６は空気軸受、１３７は基台である。

この図に示されるように、基台１３７上に置か
れた嵌め合いが行われる凹部を有する部品１３５
へ角形の挿入部品１３４を挿入する作業の場合、
XZ面内でのリニア直流アクチユエータによる制
御が重要となり、Ｙ方向に関しては、可動体１３
２へのXZ面成分の力を極力発生しないような支
持機構、例えば、空気軸受を用いるようにすれば
良い。ボールベアリングのボールを介して可動体
を支持しても良い。

また、Ｚ軸方向に関しては、バネを用いて支持
しても良く、この場合のバネ力は極力Ｚ軸方向と
一致することが望ましい。

このように本発明は２次元平面上での組み立て
へも適用することができる。組立作業に直接関与
するXZ面内での支持力の制御以外は、バネ、ボ
ール、ころ、空気軸受等の支持機構を用いてもよ
い。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の趣旨を基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するも
のではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように本発明によれば、
リニア直流アクチユエータ形手首機構を具備し、
該手首機構によつて挿入部品を支持すると共に、
姿勢を制御可能にし、挿入部品の挿入過程での状
態の判別と接触点の位置の推定を手首機構に組み
込まれている空芯コイルの電流信号に基づいて行
い、前記挿入部品の挿入作業を行うための挿入部
品の位置、姿勢の調整を前記手首機構によつて能
動的に行うようにしたので、 (1) 力の推定を簡単な装置で、しかも正確に行う
ことができる。

(2) 制御系の線形化のためのバイアス電流が不要
である。

(3) 一自由度の位置の制御を一個のリニア直流ア
クチユエータ要素で行うことができる。これに
対し、電磁石による吸引力を利用したものは、
吸引力のみしか発生しないので、通常一対の電
磁石を必要とするのに対して、このリニア直流
アクチユエータでは電流の流れる向きが変われ
ば、力の方向も変わることにより、一個の要素
で制御することができる。

(4) 更に、数mm〜数cmの移動距離を容易に実現で
きることにより、組立用ハンドとして利用した
場合、位置、姿勢の修正可能範囲が通常の磁気
軸受に比べて拡大する。

(5) 挿入作業の対象となる挿入部品の長さが変化
しても、これに伴う機械的な変更を伴うことな
く、直ぐに対応でき、弾力的に運用することが
できる。

(6) 手首機構に連結されるハンドの移動時には手
首機構の剛性を高くして振動を抑えることがで
き、作業能率の向上を図ることができる。

(7) 手首機構で非接触、かつ、バネを介したよう
にしてピンを支持しているため、従来のよう
に、剛体でピンを把持して穴の面に衝突させる
場合に比べてシヨツクをやわらげることができ
る。

(8) 装置を簡素化すると共に、コンパクトに構成
することができる。

(9) RCCハンドと等価或いは更に機能が付加さ
れたハンドを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動組立ハンドの断面図、第
２図は本発明の自動組立システムを示す全体構成
図、第３図は本発明のリニア直流アクチユエータ
（ボイスコイル形アクチユエータ）要素の断面図、
第４図はそのアクチユエータ要素の固定磁極の断
面図、第５図は第４図のＡ−Ａ線矢視図、第６図
は固定磁極へ筒状に巻回された空芯コイルを組み
合わせた断面図、第７図はその空芯コイルの断面
図、第８図は本発明の第２実施例を示すリニア直
流アクチユエータの断面図、第９図は第８図のＢ
−Ｂ線矢視図、第１０図は本発明の第３実施例を
示すリニア直流アクチユエータの断面図、第１１
図は第１０図のＣ−Ｃ線矢視図、第１２図は本発
明の第４実施例を示すリニア直流アクチユエータ
の固定磁極の斜視図、第１３図はそのアクチユエ
ータのコイルの斜視図、第１４図はそのリニア直
流アクチユエータの断面図、第１５図は第１４図
のＤ−Ｄ線矢視図、第１６図はそのアクチユエー
タを具備する自動組立ハンドの断面図、第１７図
は本発明のピンの挿入作業工程図、第１８図は本
発明の自動組立作業のフローチヤート、第１９図
は本発明の面取りがある穴へのピンの挿入作業説
明図、第２０図はリニア直流アクチユエータの模
式図、第２１図はピンの状態の判別とピンの接触
点の位置の推定手法の説明図、第２２図乃至第２
４図は本発明の磁気形RCC機構の説明図、第２
５図は本発明の磁気形RCC機構の回路図、第２
６図は本発明の第５実施例を示す自動組立ハンド
の断面図、第２７図はその自動組立ハンドのＥ−
Ｅ線矢視図、第２８図は第１の従来例を示す
RCC機構の構成図、第２９図はそのRCC機構の
動作説明図、第３０図は第２の従来例の動作説明
図、第３１図はその手首機構の斜視図である。２０，８０，１２１……ハンドの外枠、２１，
２２，２３，２４，２５，６０，６８，７２，８
１，８２，８３，１０８，１０９，１２２，１２
３，１２５……固定磁極、２６，２７，２８，２
９，３０，６３，１０４，１０５……空心コイ
ル、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３
７，１０６，１０７，１２６〜１３０……位置検
出器（ギヤツプセンサ）、４０，７４，１０２，
９５，９８，１３２……可動体、４１，７５，１
３３……チヤツク、４２，７６，１００，１０
３，９１，９９……ピン、４３，９２……部材、
４４，９３……穴、５０……リニア直流アクチユ
エータ形手首機構の制御装置、５１……CPU（中
央制御装置）、５２……メモリ、５３……入出力
インターフエース、５４……デイスプレイ付入出
力装置、５５……電源、５６……パワー制御部、
５８……ハンドを制御するロボツト本体制御装
置、６１……円柱、６２……円筒体、６７，７１
……角形空芯コイル、６９……角柱、７０……山
形部材、８６，８７，８８……矩形状のコイル、
９４……面取り部、１０１……RCC点、１１１，
１１２……線形演算回路、１１３，１１４……演
算アンプ、１２０……位置決め機構、１３１……
バネ、１３４……角形の挿入部品、１３５……凹
部を有する部品、１３６……空気軸受、１３７…
…基台。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) ハンドに組み込まれる可動体を支持する
と共に、該可動体の姿勢を調整可能なリニア直
流アクチユエータ要素と、 (b) 前記可動体の先端部に装着される挿入部品
と、 (c) 前記挿入部品の嵌め合い穴への挿入過程での
該挿入部品の状態の判別と該挿入部品の接触点
の位置を前記リニア直流アクチユエータ要素の
空芯コイルの電流値に基づいて推定し、前記挿
入部品の姿勢の調整を行い、該挿入部品の嵌め
合い穴への挿入を行うようにしたことを特徴と
する自動組立ハンド。２前記可動体のＺ軸方向支持を行うバネを具備
するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の自動組立ハンド。３前記各リニア直流アクチユエータ要素のゲイ
ンを調整可能にして前記リニア直流アクチユエー
タ要素の剛性を安定範囲内で任意に設定するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の自動組立ハンド。４前記挿入部品の姿勢の調整は、該挿入部品の
穴への挿入移動距離と、前記挿入部品と穴とのク
リアランス量とに基づいて行うようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動組立
ハンド。５ (a) 移動可能なハンドと、 (b) 該ハンドに組み込まれる可動体を支持すると
共に、該可動体の姿勢を調整可能なリニア直流
アクチユエータ要素と、 (c) 前記可動体の先端に装着される挿入部品と、 (d) 該挿入部品の端部に水平方向の力が印加され
た場合、前記リニア直流アクチユエータ要素に
より、該挿入部品を並進させる手段と、 (e) 該挿入部品の端部に該挿入部品を回転させる
力が印加された場合、前記リニア直流アクチユ
エータ要素により、該挿入部品をそのコンプラ
イアンスセンタを中心に回転させる手段とを具
備してなる自動組立ハンド。６前記挿入部品は円柱状のピンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいず
れか１項に記載の自動組立ハンド。７前記挿入部品は角柱状のピンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいず
れか１項に記載の自動組立ハンド。８前記穴の形状は円柱状であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１
項に記載の自動組立ハンド。９前記穴の形状は角柱状であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１
項に記載の自動組立ハンド。