JPH08187687A - ロボットの制御装置およびロボットのハンド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】挿着部品を被挿着部品に対して高速でかつ小さ
い挿着力で挿着する。 【構成】ハンド２に保持されたロ−ラ部品１５にかかる
挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部９と、ロ−
ラ部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部１０と、上
記力検出部９による検出結果に基づいて上記目標軌道を
補正する軌道補正部１１と、上記力検出部９による所定
時間毎の検出結果に基づき、上記挿着部品の位置ずれお
よび姿勢を補正するための上記ハンド２の移動を決定す
るコンプライアンス制御部１２と、上記力検出部９によ
り検出された力に基づいて上記ハンド２を回転させるこ
とを決定する回転軌道生成部１３と、上記コンプライア
ンス制御部１２からの移動指令と、回転軌道生成部１３
からの回転指令とを合成し、この合成値に追従させるよ
うに上記ハンド２を駆動制御するＰＩＤ制御部１４とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ハンドに保持した挿
着部品に働く力を検出しながら、この挿着部品の挿着作
業を行うロボットの制御装置に係り、特に、シャフトや
ロ−ラ部品などの円筒形部品の嵌合動作を高速に行うた
めの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業用ロボットによる組立ライン
の自動化が進み、精密部品の組立など、より高度な作業
がロボットに要求されるようになってきている。精密部
品の組立工程では、シャフト部品に対してリング形のロ
−ラ部品を挿着嵌合する場合のように、部品どうしの高
い相対位置決め精度が要求される場合がある。このよう
な挿着動作では、数μｍのオ−ダでの位置決め精度がロ
ボットに要求されるが、現在のロボットの機械的位置決
め精度では上述した精度は実現が非常に難しいというこ
とがある。

【０００３】このため、上述した課題を解決する手段と
して、従来、挿着作業を行うロボットにコンプライアン
ス機構あるいはコンプライアンス制御と称される機構や
制御を適用することが行われている。

【０００４】コンプライアンス機構は、例えば追従機構
あるいは迎合機構と訳される。すなわち、上記ロボット
のハンド（手先）にバネやダンパなど弾性要素を組み込
むことにより柔軟性を持たせ、挿着部品と被挿着部品と
の位置決め誤差をその柔軟性により吸収し、上記挿着部
品を上記被挿着部品に追従させるようにして挿着する機
構である。

【０００５】一方、コンプライアンス制御は、例えば追
従制御あるいは迎合制御と訳される。すなわち、上記コ
ンプライアンス機構と同様の動きを、ソフトウェア上で
実現する手法である。

【０００６】このコンプライアンス制御では、挿着動作
を行った際の挿着部品の挿着抵抗（実際に挿着できない
場合（挿着部品の一部が被挿着部品の端面に衝突する場
合）も含む）を検出し、この挿着抵抗に基づいて上記挿
着部品の傾きや位置ずれを微小補正しながら、上記部品
の挿着を行っていくという制御を行う。

【０００７】すなわち、これらの方法（機構、制御）は
いずれも、ロボットのハンドに一定のコンプライアンス
（追従性）を設けることで、上記ハンドを部品挿着時の
外力に対して微小変位可能とし、被挿着部品との位置誤
差を吸収しようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のコンプライアンス機構やコンプライアンス制御に
は、以下に説明する解決すべき課題がある。まず、コン
プライアンス機構による方法は、ロボットのハンドにそ
の作業に最適な柔軟性を有する機構を設けることでコン
プライアンス動作を直接的に実現できるから、コンプラ
イアンス制御のようにソフトウェアを介在させる方法に
比べ安定でかつ高速な動作が期待できる。

【０００９】しかし、コンプライアンス機構では、ロボ
ットハンドの柔軟性の設定を挿着動作中に変えることは
できないので、特定種類の部品の挿着作業にしか使用で
きない。

【００１０】また、一般に上記ハンドの柔軟性を大きく
設定すればハンドの手先は柔らかくなり追従性がより向
上するが、反対に挿着動作の際に適切な挿着力が得られ
ず挿着が困難になる場合がある。しかし、反対に柔軟性
を小さくすると、挿着部品がアルミニウム等により成形
された軟らかな精密部品である場合には、無理な挿着に
よりこの部品を傷付けてしまう恐れがある。

【００１１】一方、ソフトウェアでコンプライアンス機
構を実現するコンプライアンス制御では、作業に応じて
適宜最適な柔軟性を設定できる自由度がある。しかし、
ソフトウェアを介在させる方法であるため、上記コンプ
ライアンス機構に比べて速度や安定性の点でやや劣ると
いう課題がある。

【００１２】また、上記いずれの方法も、上記挿着部品
の挿着軌道を変更せずに、上記部品の姿勢のみを補正す
ることで、良好な挿着を行おうとしている。したがっ
て、挿着部品と被挿着部品間の相対的な位置や姿勢誤差
が比較的大きな場合、挿着するにしたがって部品どうし
の接触力が大きくなって上記コンプライアンス動作が不
可能になったり、部品を傷付けたりする恐れがあった。

【００１３】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、従来のコンプライアンス機構およびコンプ
ライアンス制御の欠点を補い、挿着部品を高速でかつ小
さい挿着力で挿着することができるロボットの制御装置
およびロボットのハンド装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、ハンドを具備しこのハンドに保持した挿着部品を被
挿着部品の所定の挿着位置に挿着するロボットを制御す
るロボットの制御装置において、上記ハンドに接続さ
れ、上記挿着部品の被挿着部品に対する挿着抵抗力を所
定時間毎に検出する力検出部と、挿着部品の目標軌道を
生成する目標軌道生成部と、上記力検出部による検出結
果に基づいて上記目標軌道生成部によって生成された目
標軌道を補正する軌道補正部と、上記力検出部による所
定時間毎の検出結果に基づき、上記被挿着部品に対する
上記挿着部品の位置ずれおよび姿勢を補正するための上
記ハンドの移動を決定するコンプライアンス制御部と、
上記力検出部により検出された上記挿着抵抗力に基づい
て上記挿着部品を保持したハンドを回転させることを決
定する回転軌道生成部と、上記コンプライアンス制御部
からの移動指令と、回転軌道生成部からの回転指令とを
合成し、この合成値に追従させるように上記ハンドを駆
動制御する追従制御部とを有することを特徴とするロボ
ットの制御装置である。

【００１５】第２の手段は、ハンドを具備しこのハンド
に保持した挿着部品を被挿着部品の所定の挿着位置に挿
着するロボットを制御するロボットの制御装置におい
て、上記ハンドに接続され、上記挿着部品の被挿着部品
に対する挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部
と、挿着部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
上記力検出部による検出結果に基づいて上記目標軌道生
成部によって生成された目標軌道を補正する軌道補正部
と、上記力検出部による所定時間毎の検出結果に基づ
き、上記被挿着部品に対する上記挿着部品の位置ずれお
よび姿勢を補正するための上記ハンドの移動を決定する
コンプライアンス制御部と、上記コンプライアンス制御
部からの移動指令に追従させるように上記ハンドを駆動
制御する追従制御部とを有することを特徴とするロボッ
トの制御装置。

【００１６】第３の手段は、第１あるいは第２の手段の
ロボットの制御装置において、上記軌道補正部は、上記
コンプライアンス制御部により上記挿着部品の位置およ
び姿勢が補正され上記挿着部品の挿着抵抗力が小さくな
った場合に、上記力検出部の検出結果に基づいてそのこ
とを検出する検出手段と、その際の上記ロボットハンド
の位置および姿勢を前記目標軌道に付加することで新た
な目標軌道に補正する補正手段とを有するものであるこ
とを特徴とするロボットの制御装置である。

【００１７】第４の手段は、第３の手段のロボットの制
御装置において、上記軌道補正部の検出手段は、前記力
検出部により検出される挿着抵抗力が、一旦所定のしき
い値を越えた後再びしきい値以下となった事実を検知す
ることで、挿着抵抗力が小さくなったことを検出するも
のであることを特徴とするロボットの制御装置である。

【００１８】第５の手段は、ハンドを具備しこのハンド
に保持した挿着部品を被挿着部品の所定の挿着位置に挿
着するロボットを制御するロボットの制御装置におい
て、上記ハンドに接続され、上記挿着部品の被挿着部品
に対する挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部
と、挿着部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
上記力検出部による所定時間毎の検出結果に基づき、上
記被挿着部品に対する上記挿着部品の位置ずれおよび姿
勢を補正するための上記ハンドの移動を決定するコンプ
ライアンス制御部と、上記力検出部により検出された挿
着抵抗力に基づいて上記挿着部品を保持したハンドを回
転させることを決定する回転軌道生成部と、上記コンプ
ライアンス制御部からの移動指令と、回転軌道生成部か
らの回転指令とを合成し、この合成値に追従させるよう
に上記ハンドを駆動制御する追従制御部とを有すること
を特徴とするロボットの制御装置である。

【００１９】第６の手段は、第１あるいは第５の手段の
ロボットの制御装置において、上記回転軌道生成部は、
上記挿着抵抗力に比例する角度だけ上記挿着部品を保持
したハンドを回転させることを決定するものであること
を特徴とするロボットの制御装置である。

【００２０】第７の手段は、円筒部品あるいは軸部品を
保持するハンドを有し、このハンドを駆動することで一
方の部品を他方の部品に挿着するハンド装置において、
上記ハンドを保持する本体と、この本体に設けられ、上
記ハンドに保持した部品に加わる挿着抵抗力が所定値以
上となると、挿着方向の変位をハンドの回転方向の変位
に変換し、上記ハンドを回転駆動する回転駆動手段とを
有することを特徴とするハンド装置である。

【００２１】第８の手段は、第７の手段のハンド装置に
おいて、上記回転駆動手段は、上記ハンドに接続された
螺旋軸と、上記本体に、上記螺旋軸と組み合わされた状
態で固定され、上記螺旋軸の軸方向の変位をこの螺旋軸
の回転に変換するナットと、上記本体に設けられ、上記
螺旋軸の軸方向への移動を規制するばねとを有するもの
であることを特徴とするハンド装置である。

【００２２】

【作用】第１の手段によれば、コンプライアンス制御
を、目標軌道の補正を加えつつ行うことができると共
に、必要に応じて挿着部品を回転させることで、この部
品の挿着をスム−ズに行うことができる。

【００２３】第２、第３の手段によれば、コンプライア
ンス制御を、目標軌道の補正を加えつつ行うことができ
る。第４、第５、第６の手段によれば、必要に応じて挿
着部品を回転させることで、この部品の挿着をスム−ズ
に行うことができる。第７、第８の手段によれば、部品
を挿着する際の挿着方向の力を、この部品の回転に変換
し、この部品を回転させつつ挿着を行うことができる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１に、この発明の制御装置が適用されるロ
ボットマニュピレ−タ（以下「ロボット」という）の例
を示す。このロボットは、固定フレ−ム１に取り付けら
れている。

【００２５】このロボットは、図中に２で示すハンドを
具備する。このハンド２は、図に３で示すハンドユニッ
ト３に設けられている。そして、このハンドユニット３
は、上記フレ−ム１に取着され上記ハンドユニット３を
ＸＹＺθ方向に駆動するＸＹＺθ駆動機構４によって保
持されている。

【００２６】また、上記ハンドユニット３は、上記ハン
ド２を図に矢印（イ）で示すように揺動させる揺動機構
５と、上記ハンド２を図に矢印（ロ）で示すように回動
させる回動機構６とを具備する。

【００２７】したがって、上記ハンド２は、上記ＸＹＺ
θ駆動機構４および上記揺動機構５、回動機構６とによ
り６軸方向に位置決め駆動されるようになっている。一
方、図に７で示すのは、この発明の制御装置である。上
記ＸＹＺθ駆動機構４および上記ハンドユニット３の揺
動機構５および回動機構６はこの制御装置７に接続さ
れ、この制御装置７からの指令により作動するようにな
っている。

【００２８】また、上記ハンドユニット３内には、上記
ハンド２に作用した挿着抵抗力を検出する力検出センサ
８が設けられ、この力検出センサ８による検出結果は上
記制御装置７に入力されるようになっている。

【００２９】次に、この制御装置７について説明する。
図２は、この制御装置７の制御系を示すブロック図であ
る。この制御系は、上記力センサ８からの力デ−タ（挿
着抵抗力）を検出する力検出部９と、挿着部品の被挿着
部品に対する挿着目標軌道を生成する目標軌道生成部１
０と、上記目標軌道生成部１０により生成された目標軌
道を上記力検出部９により検出された力デ−タに基づい
て適宜補正する目標軌道補正部１１と、上記力検出部９
からの力デ−タに基づいて上記挿入部品の位置ずれおよ
び姿勢のずれを算出するコンプライアンス制御部１２
と、上記力検出部９からの力デ−タに基づいて上記挿着
部品の回転を決定する回転軌道生成部１３と、上記コン
プライアンス制御部１２からの指令値と上記回転軌道生
成部１３からの指令値とを合成して、上記ロボットに設
けられた各機構に作動命令を発するＰＩＤ制御部１４と
からなる。

【００３０】次に、各部の機能をこのロボットの動作と
共にさらに詳しく説明する。なお、この実施例では、図
３に示すように、挿着部品としてのロ−ラ部品１５を、
被挿着部品としてのシャフト１６に挿着する場合を例に
とって説明する。

【００３１】この場合、まず、上記シャフト１６を上記
ロボットのフレ−ム１側に固定し、上記ロ−ラ部品１５
を上記ハンド２で保持する。この状態を図４（ａ）に簡
略化して示す。なお、この図において８で示すのは、上
記ハンド２に作用した挿着抵抗力を検出するための上記
力センサである。

【００３２】まず、上記目標軌道生成部１０および力検
出部９について説明する。目標軌道生成部１０は、上記
ロ−ラ部品１５をその軌道に沿って駆動したならば上記
シャフト１６に挿着できるであろうと予想される軌道
（図４（ａ）に示す（イ））を生成する。

【００３３】上記制御装置７は、上記ロ−ラ部品１５を
シャフト１６に挿着する際、上記ハンド２を作動させ、
上記ロ−ラ部品１５を、まず上記目標軌道（イ）に沿っ
て移動させる。

【００３４】このとき、上記ロ−ラ部品１５と上記シャ
フト１６との間に相対的な位置、姿勢の誤差があると、
図４（ａ）に示すように、ロ−ラ部品１５（の下面）が
例えば上記シャフト１６の端面（上端面）に当接し、上
記ロ−ラ部品に力Ｆ1 が加わる。上記力検出部９は、上
記力センサ８により検出されたこの力デ−タを所定のサ
ンプリングタイム（検出時間）ごとに取り込む。

【００３５】この力検出部９は、この力デ−タを、後述
するコンプライアンス中心１８における力デ−タに変換
した後、上記コンプライアンス制御部１２、目標軌道補
正部１１および回転軌道生成部１３に送出する。

【００３６】次に、上記コンプライアンス制御部１２に
ついて説明する。コンプライアンス制御部１２は、バネ
やダンパなどから構成されるコンプライアンス機構をソ
フトウェア上で実現する仮想コンプライアンスの数式モ
デルを具備する。

【００３７】このコンプライアンス制御部１２では、例
えば、図４（ａ）に示すように、上記ロ−ラ部品１５に
上記力Ｆ1 が働いた時に上記ロ−ラ部品１５の質量中心
であるかのように振る舞うコンプライアンス中心１８を
上記ハンド２の特定の位置に設定する。

【００３８】上記力検出部９は、上述したように、上記
力センサ８からの力デ−タＦ2 を上記コンプライアンス
中心１８における力デ−タＦ3 （挿着抵抗力）に変換し
て、このコンプライアンス制御部１２に入力する。

【００３９】そして、このコンプライアンス制御部１２
は、上記力デ−タ（このコンプライアンス中心１８に加
わる力デ−タＦ3 の方向および大きさ）に基づき、上記
ロ−ラ部品１５の上記シャフト１６に対する位置ずれお
よび姿勢補正量を算出する。

【００４０】この算出は、上記力検出部９（力センサ
８）から上記力デ−タが入力される各サンプリングタイ
ム毎に行われ、上記ＰＩＤ制御部１４に送出される。こ
のＰＩＤ制御部１４は、算出された値に基づいて上記ロ
ボットに動作指令を発し、上記ロ−ラ部品１５の位置・
姿勢の補正動作および挿着動作を行わせる。

【００４１】すなわち、上記ロ−ラ部品１５は、図４
（ａ）に示す目標軌道（イ）に沿って駆動される過程に
おいて、その位置および姿勢の補正がサンプリングタイ
ム毎になされ、図４（ｂ）に示すように上記シャフト１
６の上端部と一致させられる。そして、この後、上記シ
ャフト１６に挿着されていく。このような動作を一般に
コンプライアンス動作という。

【００４２】次に、上記目標軌道補正部１１の動作につ
いて説明する。この目標軌道補正部１１では、力検出部
９により検出された力デ−タＦ3 から上記ロ−ラ部品１
５の挿着方向の力成分（図５（ａ）に示すＦs ：以下
「挿着力」という）を取り出し、図５のグラフに示すよ
うに、この力をモニタリングする。

【００４３】図５のグラフは、縦軸に上記挿着力Ｆs 、
横軸に挿着時間ｔをとっている。すなわち、挿着時間ｔ
の経過に伴う上記挿着力Ｆs の変化を示している。そし
て、この目標軌道補正部１１は、このモニタリングの結
果に基づいて上記ハンド２の移動の基礎となる上記目標
軌道を以下に説明するように適宜補正する。

【００４４】なお、図５（ａ）は、上記目標軌道の補正
がなされない場合の上記挿着力Ｆs の変化を示すグラフ
（比較例）であり、図５（ｂ）は、上記目標軌道補正部
１１により補正が行われた場合の挿着力Ｆs の変化を示
すグラフ（本発明）である。

【００４５】この挿着方向の力Ｆs は、上記ロ−ラ部品
１５（挿着部品）とシャフト１６（被挿着部品）との間
の位置ずれや姿勢の誤差等が大きく挿着が困難な場合
（図４（ａ）の場合）には値が大きくなり、その後上記
コンプライアンス動作により上記ロ−ラ部品１５の位置
や姿勢が補正されて挿着が比較的スム−ズに行われるよ
うになると（図４（ｂ）の場合）その値が小さくなる。

【００４６】この目標軌道補正部１１では、挿着力Ｆs
に対して適宜のしきい値Ｆf （図５においては３００ｇ
ｆ）を設ける。挿着力Ｆs がこのしきい値Ｆf を一旦越
えた後、再びしきい値Ｆf 以下の値になった時（図５
（ａ）、（ｂ）におけるＡ点）、目標軌道補正部１１
は、この時のハンド２の位置と姿勢を取り込む。

【００４７】そして、目標軌道生成部１０によって生成
された目標軌道（イ）に、この時取り込んだハンド２の
位置、姿勢デ−タのオフセット量を加えることで、補正
された目標軌道（ロ）を生成する。そして、この補正さ
れた目標軌道（ロ）は、前の目標軌道（イ）と置き換え
られる。

【００４８】この状態を示したのが、図４（ｂ）であ
る。この図では、上記コンプライアンス動作により、上
記ロ−ラ部品１５の内径部と上記シャフト１６の上端と
が一致し、このことにより上記挿着方向の力が減少して
いる。上記制御装置７は、この状態における上記ハンド
２の位置および姿勢を取り込み、これに基づいて上記目
標軌道（イ）をより正確な挿着方向に近い目標軌道
（ロ）に置き換える。

【００４９】したがって、それ以後、上記ロ−ラ部品１
５は、目標軌道（ロ）に沿って、コンプライアンス動作
により位置ずれおよび姿勢が補正されながら、上記シャ
フト１６に挿着される。

【００５０】なお、上記目標軌道補正部１１では、これ
以後も、上記挿着力Ｆs が上記しきい値Ｆf を越える毎
に、上記目標軌道（ロ）の補正を行う。例えば、挿着過
程において、図６（ａ）に示すように、上記ロ−ラ部品
１５の内面が上記シャフト部品１６に２点接触し、挿着
力Ｆs が増大することがある。このとき、上記コンプラ
イアンス制御部１２の働きにより、上記ロ−ラ部品１５
の姿勢は図６（ｂ）に示すように補正され上記ロ−ラ部
品１５とシャフト１６との接触は解除されるから、上記
挿着力Ｆs は一旦減少する。

【００５１】しかし、これ以後も、もとの目標軌道
（ロ）に沿って上記ロ−ラ部品１５の挿着が行われると
再び上記ロ−ラ部品１５とシャフト１６とが接触する恐
れがある。このため、上記目標軌道補正部１１は、図６
（ｂ）における上記ハンドの位置および姿勢を取り込
み、これに基づいて新たな目標軌道（ハ）を生成し、も
との目標軌道（ロ）と置き換える。このことにより、以
後の挿着がスム−ズに行えるようになる。

【００５２】次に、回転軌道生成部１３の動作について
説明する。一方、回転軌道生成部１３は、上記力検出部
９から入力された力デ−タに基づき、上記挿着力Ｆs
（挿着抵抗力）が所定値以上に大きくなった場合には、
上記ハンド２を上記ロ−ラ部品１５の中心軸に対して回
転させることを決定する。

【００５３】回転動作は、上記ロ−ラ部品１５をシャフ
ト１６に嵌合する場合のように、両者の間の接触角（圧
力角）が大きい場合に行うもので、上記ロ−ラ部品１５
を上記シャフト１６に対して回転させることで、それら
の間に生じる相対的接触角度を小さくして挿着に必要な
力を軽減するものである。

【００５４】すなわち、図７において、図中Ｆs で示す
のが目標軌道（ハ）方向の挿着力である。そして、この
ときの接触角度をθとし、図８に示す。一方、図７にお
いて、上記回転方向の力をＦe とする。図８において角
度θの斜面上に、回転方向の力Ｆe と挿着力Ｆs との合
成力をとると、この合成力の接触角度は、図に示すよう
にθe となる。

【００５５】この際、図より、θ＞θe の関係にあるか
ら、挿着動作に回転動作を組み合わせた方が接触角度が
小さくなる。このことによって挿着に必要な力を軽減す
ることができる。

【００５６】また、この回転軌道生成部１３は、上記ロ
−ラ部品１５を回転させる角度とその速度を決定する。
この回転角度は、例えば上記ロ−ラ部品１５の挿着方向
の力の大きさに比例した角度とする。また、回転速度
は、挿着方向の力に比例して大きくなる速度とする。

【００５７】ただし、上記回転角度には上限（例えば１
８０°）を設け、これを越える場合には、逆回転に切り
換えるようにする。このような動作により一旦上記ロ−
ラ部品１５を動かすことができれば、その後は、両者の
間には静止摩擦力よりも小さい動摩擦力が働くのみであ
るから、それ以後は回転動作を行わなくても挿着が行え
る。

【００５８】次に、上記ＰＩＤ制御部１４の動作につい
て説明する。この回転軌道生成部１３からの回転指令
は、上記ＰＩＤ制御部１４に入力される。このＰＩＤ制
御部１４は、上記コンプライアンス制御部１２からの移
動指令値と回転軌道生成部１３による回転指令値とを合
成し、上記ロボットに対して、上記ハンド２の最終的な
作動指令値を生成する。

【００５９】このＰＩＤ制御部１４からの指令により、
上記ロボットの各機構は上述した動作を行い、コンプラ
イアンス動作に目標軌道補正動作および回転動作を付加
することによって、上記ロ−ラ部品１５の挿着を行って
いく。

【００６０】なお、このような挿着を行っていけば、最
終的には、上記ロ−ラ部品１５は、図３に１６ａで示す
上記シャフト１６の鍔部に衝突する。このことにより、
上記挿入方向の力Ｆs は過大となるから、上記ロ−ラ部
品１５の挿着が終了したということを検出することがで
きる。この状態は、図５（ｂ）に示すグラフのＢで示す
部分から検出することできる。

【００６１】以上の動作を経ることによって、上記ロ−
ラ部品１５の挿着が終了する。なお、以上の動作を図９
に示すフロチャ−トに示した。以上説明した構成によれ
ば、以下に説明する効果がある。

【００６２】第１に、コンプライアンス制御部１２に、
目標軌道補正部１１を付加したことで、挿着部品（ロ−
ラ部品１５）と被挿着部品（シャフト１６）との間に生
じる挿着力（挿着抵抗力）を小さくすることができ、部
品の挿着をスム−ズに行える効果がある。

【００６３】すなわち、従来のコンプライアンス制御で
は、挿着部品の位置および姿勢の補正は行うが、目標軌
道の補正は行っていなかった。このため、挿着部品と被
挿着部品の接触する回数が多くなり挿入抵抗力が大きく
なっていた。このため、コンプライアンス動作の回数が
増え挿入に時間がかかるということがあった。

【００６４】しかし、この発明では、挿入抵抗力（挿着
力Ｆs ）が一定のしきい値Ｆf をこす毎に、上記目標軌
道の補正を行うことで、上記ロ−ラ部品１５の目標軌道
を上記シャフト１６に対する正確な挿着方向に近付ける
ことができる。

【００６５】このことにより、両者の接触回数を減らす
ことができ、かつ接触角も小さくすることができるの
で、上記挿着抵抗力も小さくすることができる。このこ
とにより、上記挿着部品の挿着を迅速に行うことができ
る効果がある。

【００６６】このことは、図５（ａ）のグラフと図５
（ｂ）のグラフとを比較することにより証明される。図
５（ａ）のグラフは、前述したように目標軌道の補正を
行わなかった場合の挿着力Ｆs の変化を示したグラフで
あり、図５（ｂ）は目標軌道の補正を行った場合の挿着
力Ｆs の変化を示すグラフである。

【００６７】図５（ａ）のグラフでは、上記点Ａを過ぎ
て上記ロ−ラ部品１５の挿入が始まると、上記挿着力Ｆ
s は、一旦は下がるが、目標軌道（イ）がそのままであ
るので、直ぐにこのロ−ラ部品１５とシャフト１６とが
接触し上昇する。しかもこの目標軌道（イ）は正確な軌
道との隔りが大きいから接触の際に生じる挿着力Ｆs
（挿着抵抗）はかなり大きくなる。

【００６８】一方、図５（ｂ）のグラフでは、点Ａを過
ぎると、その目標軌道（イ）がより正確な挿着軌道に近
い軌道（ロ）に補正されるので、その後、ロ−ラ部品１
５とシャフト１６とが接触した場合でも挿着力Ｆs の上
昇が少ない。

【００６９】また、挿着開始後も、上記図５（ａ）で
は、目標軌道（イ）がそのままであるので、コンプライ
アンス動作が行われても上記挿着力Ｆs は直ぐに上昇す
る。したがって、この挿着力Ｆs は高い値で推移するこ
とになる。

【００７０】一方、図５（ｂ）では、目標軌道が補正さ
れているので、両者が接触した場合でも挿着力Ｆs （挿
入抵抗）は小さい。したがって、上記挿着力Ｆs は図に
示すように図５（ａ）よりも低い値で推移する。

【００７１】すなわち、この発明によれば上記コンプラ
イアンス動作に上記目標軌道補正動作を付加すること
で、挿着工程全体に亘って挿着抵抗を小さく保てるの
で、挿着がスム−ズに行える。したがって、同図にＢで
示すように、上記ロ−ラ部品１５の挿着を図５（ａ）の
場合よりも早く終了させることができる。

【００７２】第２に、コンプライアンス制御部１２に、
回転軌道生成部１３を付加したことで、挿着部品（ロ−
ラ部品）と被挿着部品（シャフト）の接触角度を小さく
でき、この挿着部品の挿着を迅速に行える効果がある。

【００７３】すなわち、従来のコンプライアンス制御の
みの挿着動作では、ロ−ラ部品１５とシャフト１６とを
嵌合する際に、両者の間の挿着抵抗が過大となって部品
が止まってしまい、コンプライアンス制御が利かないと
いうことがあった。

【００７４】しかし、この発明によれば、上述したよう
な場合に、上記ロ−ラ部品１５を回転させることで、シ
ャフト１６との間に働く挿着抵抗力を軽減することがで
きるので、上記ロ−ラ部品１５の挿着を迅速に行えると
いう効果がある。

【００７５】このことは、図５（ｂ）のグラフと、図１
０のグラフとを比較すれば理解できる。図５のグラフ
は、コンプライアンス動作に目標軌道補正動作のみを付
加した場合の挿着力の変化を示すものであり、図１０は
さらに回転動作を付加した場合の挿着力の変化を示すも
のである。

【００７６】この図１０においては、挿着開始点Ａを過
ぎた後、上記挿着力Ｆs が最大となった点Ｃで上記回転
動作を付加している。この回転を付加することで、以後
の挿着力を軽減することができ、上記ロ−ラ部品１５の
挿着がスム−ズに行えている。したがって、図にＢで示
すように、図５（ｂ）の場合と比較して、上記ロ−ラ部
品の挿着をより早く終了させることができる。

【００７７】なお、図１０における挿着開始（点Ａ）か
ら挿着終了（点Ｂ）までの時間は、図５（ａ）の従来の
コンプライアンス制御だけの場合と比較すると、１／２
以下に短縮することができる。

【００７８】第３に、この発明によれば、上述したよう
に挿着力を軽減することができるから、上記挿着部品
（ロ−ラ部品１５）にあまり力を加えなくても、挿着動
作を行うことができる。したがって、無理な挿着により
この挿着部品や非挿着部品（シャフト１６）を破損する
ということを少なくすることができる効果がある。

【００７９】次に、この発明の第２の実施例について図
１１を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同
一の構成要素についてはその説明は省略する。上記第１
の実施例では、上記ロ−ラ部品１５の回転を、上記回転
軌道生成部１３でソフト的に決定することで行っていた
が、この第２の実施例では、同様の回転を挿着方向の変
位を回転動作に変換する機構を用いることによってソフ
トを介さず機構的に実現するものである。

【００８０】図１１に示すのは、前記ハンドユニット３
の先端部に設けられる本発明のハンド装置（機構）であ
る。このハンド装置は、ロ−ラ部品１５を保持するハン
ド２を有するハンド部２０と、このハンド部２０を保持
する本体２１とからなる。

【００８１】上記本体２１には、上記ハンド２に保持し
たロ−ラ部品１５にかかる挿着力Ｆs を、上記ハンド２
（ロ−ラ部品１５）を回転させる方向の力Ｆe に変換す
る螺旋軸・ナット機構２２が設けられている。

【００８２】この螺旋軸・ナット機構２２を構成する螺
旋軸２３は、上記ハンド部２０から上方に延出された中
心軸２４の中途部に設けられ、ナット２５は上記本体２
１を構成するケ−ス２６の下端部に設けられている。

【００８３】また、上記中心軸２４の上端部は、上記ケ
−ス２６内に延出され、フランジ部２４ａとなってい
る。そして、このフランジ部２４ａの上面と上記ケ−ス
２６内部の上壁面との間には、図に２７で示すスプリン
グが圧縮された状態で挿入されている。

【００８４】また、このスプリング２７の下端は、上記
フランジ部２４ａの上面に回転軸受２９によって保持さ
れた円座３０によって支持されている。また、この円座
３０の上面には、図に３１で示す支持軸が立設され、上
記スプリング２７はこの支持軸３１に外挿されている。
この支持軸３１は、その上端部を上記ケ−ス２６によっ
て上下方向スライド自在に支持されており、上記ハンド
部２０の上下に伴って上下移動するように構成されてい
る。

【００８５】なお、上記スプリング２７は、上記螺旋軸
２３の軸方向の移動を規制することで、上記ハンド２の
回転を開始させるのに必要な挿着力の値を決定する機能
を有する。

【００８６】すなわち、このハンド２を回転させるのに
必要な挿着力の値は、このスプリング２７の復元力、上
記ハンド部２０の自重および上記螺旋軸・ナット機構２
２の軸方向の抗力との釣り合いによって定まる。したが
って、上記スプリング２７の強さを定めることによっ
て、ハンド２の回転を開始させる所定の挿着力の値を決
定することができる。

【００８７】なお、上記螺旋軸・ナット機構２２は、軸
方向の変異を回転方向の変位に変換するものであるか
ら、このハンド部２０は、回転を開始すると上記ケ−ス
２６に対して相対的に上昇（没入）する。そして、この
ハンド部２０の上面が上記ケ−ス２６の下面に当接した
ならば、このハンド部２０は回転を停止するようになっ
ている。

【００８８】そして、上記挿着力Ｆs が上記所定の挿着
力の値以下に減少したならば、上記スプリング２７の復
元力により上記ケ−ス２６から押し出され、図１１に示
す状態に復帰するようになっている。

【００８９】この第２の実施例によれば、以下に説明す
る効果がある。第１に、上述したロ−ラ部品１５をシャ
フト１６に嵌合する場合のように、コンプライアンス制
御だけでは挿着力Ｆs が過大となってスム−ズな挿着を
行えない場合があるが、この発明によれば上記ロ−ラ部
品１５を回転させることによって挿着に必要な力を軽減
しスム−ズな挿着を行える効果がある。

【００９０】すなわち、従来のコンプライアンス制御に
よる挿着だけであると、コンプライアンスの柔軟性の設
定を適確に行わなければ、ハンド２が柔らかすぎて上記
ロ−ラ部品１５とシャフト１６間の嵌合力に打ち勝つ挿
着力が得られないということがある。一方、ハンド２の
設定が硬すぎると、無理な挿入により上記ロ−ラ部品１
５およびシャフト１６を破損させてしまう恐れがある。

【００９１】しかし、この発明によれば、ハンド２の設
定が柔らかい場合でも、すでに第１の実施例において図
７、図８を用いて説明したように、挿着方向の力Ｆs と
回転方向の力Ｆe とを合成することで、部品間の接触角
度を減らし、挿着に必要な力を軽減することができるか
ら、部品の挿着を続行することができる。

【００９２】したがって、上記ロ−ラ部品１５のシャフ
ト１６への挿着（嵌合）を確実にかつ安全に行える効果
がある。第２に、第１の実施例では、上記回転軌道生成
部１３の決定に基づいて上記ロ−ラ部品１５の回転を行
うようにしているが、この方法であると、ソフト（制御
装置）を介在させているので、追従性に劣り、挿着に時
間がかかるということが考えられる。

【００９３】しかし、この発明によれば、上記ロ−ラ部
品１５の回転をソフトを介在させることなく機構的に実
現するようにしているので、上記ロ−ラ部品１５の挿着
抵抗力に応じた回転を時間的な遅れなく実行することが
できる。したがって上記ロ−ラ部品１５の挿着を迅速に
行える効果がある。

【００９４】なお、この第２の実施例は、上述した構成
に限定されるものではなく、例えば、図１２に示す構成
であっても良い。この図１２に示す構成は、前述した図
１１に示す構成と同じ機能を有する。ただし、前述した
構成（図１１）が上記螺旋軸・ナット機構２２を上記本
体２１の下部に設けていたのに対し、この図１２に示す
構成では上記本体２１の上部に設けている点で異なる。

【００９５】また、これに伴い、この機構は、上記スプ
リング２７および支持軸３１をを上記円座３０の中央部
に設けるのではなく、上記螺旋軸・ナット機構２２を挟
む両側２か所に対称に設けている。

【００９６】このような構成であっても、上記ロ−ラ部
品１５にかかる挿着力Ｆs を上記ロ−ラ部品１５を回転
させる力Ｆe に変換することができるから、上記第２の
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００９７】なお、この発明は、第１、第２の実施例に
限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲
で種々変形可能である。例えば、上記第１、第２の実施
例では、ロ−ラ部品１５をハンド２で保持することによ
ってこのロ−ラ部品１５をシャフト１６に挿着していた
が、反対にシャフト１６をハンド２で保持して挿着動作
を行うようにしても良い。

【００９８】また、第１、第２の実施例では、上記目標
軌道補正部１１と回転軌道生成部１３の両方を備えてい
たが、どちらか一方のみであっても良い。どちらか一方
のみであっても、従来のコンプライアンス制御のみの場
合と比較すると、上記挿着部品の挿着を効率良く行え
る。

【００９９】また、目標軌道補正部１１のみを付加した
構成であれば、挿着部品は上記実施例のような円筒状部
品である必要はなく、あらゆる部品の組み合わせに使用
することが可能である。

【０１００】さらに、上記一実施例では、図４（ａ）に
示すように初期段階でロ−ラ部品１５とシャフト１６と
がずれている場合、コンプライアンス制御を用いて上記
ロ−ラ部品１５の姿勢を補正するようにしているが、こ
のずれが大きい場合には、コンプライアンス制御ではそ
の姿勢を補正できない場合が考えられる。この場合に
は、他の位置決め手段を用いて上記ロ−ラ部品の姿勢の
補正を行うようにしても良い。この他の位置決め手段
は、機構的なものでも良いし、制御で行うようにしても
良い。

【０１０１】また、上記一実施例では、上記ロ−ラ部品
１５の装着終了の判断は、挿入方向の力Ｆs が過大にな
ることのみで判断するようにしているが、これでは、シ
ャフト１６の形状が複雑で途中に突起等が存在した場合
この突起により挿入方向の力が過大となって挿入終了の
判断が成されてしまうということがある。そこで、他の
装着終了判断の手段として以下のような制御を行っても
良い。

【０１０２】すなわち、上記コンプライアンス制御部
に、第１の終了条件として「挿入距離≧所定（終了）挿
入距離」、第２の終了条件として「動作時間≧制限時
間」を持たせ、いずれか一方を満足した場合に挿入終了
と判断する制御を付加する。このような構成によれば、
挿入方向の力に関係なくの終了の判断を行うことができ
る効果がある。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、コンプライアンス制御に、目標軌道制御を付加する
ことにより、部品間の挿着抵抗を低減することができる
から、部品の挿着を迅速かつ、その部品を破損させるこ
となく行うことができる。

【０１０４】また、コンプライアンス制御に、部品を回
転させる制御を付加することにより、部品の挿着に必要
な力を低減でき、部品の挿着を確実かつ迅速に行うこと
ができる効果がある。

【０１０５】さらに、部品の挿着抵抗力（挿着方向の変
位）を部品の回転力（回転方向の変位）に変換する機構
を備えたことにより、この部品の挿着を確実かつ安全に
行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略斜視図。

【図２】同じく、制御系を示すブロック図。

【図３】同じく、挿着部品と被挿着部品の例を示す斜視
図。

【図４】同じく、コンプライアンス動作および目標軌道
補正動作を示す説明図。

【図５】同じく、挿着方向の力の変化を示すグラフ。

【図６】同じく、コンプライアンス動作および目標軌道
補正動作を示す説明図。

【図７】同じく、部品を回転駆動を示す説明図。

【図８】同じく、回転力と挿着力の合成を説明する説明
図。

【図９】同じく、フロ−チャ−ト。

【図１０】同じく、挿着方向の力の変化を示すグラフ。

【図１１】同じく、ロボットのハンド装置を示す縦断面
図。

【図１２】同じく、他の実施例を示す縦断面図。

【符号の説明】

２…ハンド、９…力検出部、１０…目標軌道生成部、１
１…目標軌道補正部、１２…コンプライアンス制御部、
１３…回転軌道生成部、１４…ＰＩＤ制御部（追従制御
部）、１５…ロ−ラ部品（挿着部品）、１６…シャフト
（被挿着部品）、２０…ハンド部、２１…本体、２２…
螺旋軸・ナット機構（回転駆動手段）、２３…螺旋軸、
２５…ナット。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンドを具備しこのハンドに保持した挿
   着部品を被挿着部品の所定の挿着位置に挿着するロボッ
   トを制御するロボットの制御装置において、 上記ハンドに接続され、上記挿着部品の被挿着部品に対
   する挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部と、 挿着部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部と、 上記力検出部による検出結果に基づいて上記目標軌道生
   成部によって生成された目標軌道を補正する軌道補正部
   と、 上記力検出部による所定時間毎の検出結果に基づき、上
   記被挿着部品に対する上記挿着部品の位置ずれおよび姿
   勢を補正するための上記ハンドの移動を決定するコンプ
   ライアンス制御部と、 上記力検出部により検出された上記挿着抵抗力に基づい
   て上記挿着部品を保持したハンドを回転させることを決
   定する回転軌道生成部と、 上記コンプライアンス制御部からの移動指令と、回転軌
   道生成部からの回転指令とを合成し、この合成値に追従
   させるように上記ハンドを駆動制御する追従制御部とを
   有することを特徴とするロボットの制御装置。
2. 【請求項２】 ハンドを具備しこのハンドに保持した挿
   着部品を被挿着部品の所定の挿着位置に挿着するロボッ
   トを制御するロボットの制御装置において、 上記ハンドに接続され、上記挿着部品の被挿着部品に対
   する挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部と、 挿着部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部と、 上記力検出部による検出結果に基づいて上記目標軌道生
   成部によって生成された目標軌道を補正する軌道補正部
   と、 上記力検出部による所定時間毎の検出結果に基づき、上
   記被挿着部品に対する上記挿着部品の位置ずれおよび姿
   勢を補正するための上記ハンドの移動を決定するコンプ
   ライアンス制御部と、 上記コンプライアンス制御部からの移動指令に追従させ
   るように上記ハンドを駆動制御する追従制御部とを有す
   ることを特徴とするロボットの制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２記載のロボッ
   トの制御装置において、 上記軌道補正部は、 上記コンプライアンス制御部により上記挿着部品の位置
   および姿勢が補正され上記挿着部品の挿着抵抗力が小さ
   くなった場合に、上記力検出部の検出結果に基づいてそ
   のことを検出する検出手段と、 その際の上記ロボットハンドの位置および姿勢を前記目
   標軌道に付加することで新たな目標軌道に補正する補正
   手段とを有するものであることを特徴とするロボットの
   制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のロボットの制御装置にお
   いて、 上記軌道補正部の検出手段は、 前記力検出部により検出される挿着抵抗力が、一旦所定
   のしきい値を越えた後再びしきい値以下となった事実を
   検知することで、挿着抵抗力が小さくなったことを検出
   するものであることを特徴とするロボットの制御装置。
5. 【請求項５】 ハンドを具備しこのハンドに保持した挿
   着部品を被挿着部品の所定の挿着位置に挿着するロボッ
   トを制御するロボットの制御装置において、 上記ハンドに接続され、上記挿着部品の被挿着部品に対
   する挿着抵抗力を所定時間毎に検出する力検出部と、 挿着部品の目標軌道を生成する目標軌道生成部と、 上記力検出部による所定時間毎の検出結果に基づき、上
   記被挿着部品に対する上記挿着部品の位置ずれおよび姿
   勢を補正するための上記ハンドの移動を決定するコンプ
   ライアンス制御部と、 上記力検出部により検出された挿着抵抗力に基づいて上
   記挿着部品を保持したハンドを回転させることを決定す
   る回転軌道生成部と、 上記コンプライアンス制御部からの移動指令と、回転軌
   道生成部からの回転指令とを合成し、この合成値に追従
   させるように上記ハンドを駆動制御する追従制御部とを
   有することを特徴とするロボットの制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１あるいは請求項５記載のロボッ
   トの制御装置において、 上記回転軌道生成部は、上記挿着抵抗力に比例する角度
   だけ上記挿着部品を保持したハンドを回転させることを
   決定するものであることを特徴とするロボットの制御装
   置。
7. 【請求項７】 円筒部品あるいは軸部品を保持するハン
   ドを有し、このハンドを駆動することで一方の部品を他
   方の部品に挿着するハンド装置において、 上記ハンドを保持する本体と、 この本体に設けられ、上記ハンドに保持した部品に加わ
   る挿着抵抗力が所定値以上となると、挿着方向の変位を
   ハンドの回転方向の変位に変換し、上記ハンドを回転駆
   動する回転駆動手段とを有することを特徴とするハンド
   装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のハンド装置において、 上記回転駆動手段は、 上記ハンドに接続された螺旋軸と、 上記本体に、上記螺旋軸と組み合わされた状態で固定さ
   れ、上記螺旋軸の軸方向の変位をこの螺旋軸の回転に変
   換するナットと、 上記本体に設けられ、上記螺旋軸の軸方向への移動を規
   制するばねとを有するものであることを特徴とするハン
   ド装置。