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特開2015-217498エンドエフェクタ及びワークの挿入方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-217498(P2015-217498A)
(43)【公開日】2015年12月7日
(54)【発明の名称】エンドエフェクタ及びワークの挿入方法
(51)【国際特許分類】
   B25J 15/00 20060101AFI20151110BHJP
   B23P 21/00 20060101ALI20151110BHJP
【FI】
   B25J15/00 Z
   B23P21/00 303B
   B23P21/00 301A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2014-104727(P2014-104727)
(22)【出願日】2014年5月20日
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100149261
【弁理士】
【氏名又は名称】大内 秀治
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100169225
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 明
(72)【発明者】
【氏名】山上 賢一
(72)【発明者】
【氏名】近藤 俊之
(72)【発明者】
【氏名】難波 伸広
(72)【発明者】
【氏名】石川 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】八田 禎之
【テーマコード(参考)】
3C030
3C707
【Fターム(参考)】
3C030BC05
3C030BC16
3C030BC21
3C030BC25
3C030BC27
3C030CA01
3C030CC07
3C707AS07
3C707AS23
3C707BS12
3C707ES03
3C707ET04
3C707EV13
3C707EV24
3C707KS34
3C707LV17
(57)【要約】
【課題】簡素な構造及び簡素な制御でスプライン軸のスプラインの位相とスプライン孔のスプラインの位相を合わせることを目的とする。
【解決手段】エンドエフェクタ22に、軸状のワーク100を把持する把持部24と、多関節ロボット12のアーム20に取り付けられて、把持部24を直線移動自在に保持する保持部26と、把持部24と保持部26との間に介在し、把持部24が保持部26に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を把持部24に作用させる弾性部材28、29と、を備える。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸状のワークを把持する把持部と、
多関節ロボットのアームに取り付けられて、前記把持部を直線移動自在に保持する保持部と、
前記把持部と前記保持部との間に介在し、前記把持部が前記保持部に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を前記把持部に作用させる弾性部材と、を備えたことを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項2】
多関節ロボットのアームに取り付けられたエンドエフェクタを用いて、複数の歯部が外周に形成されたスプライン軸を備える軸状の第1ワークを、複数の歯部が内周に形成されたスプライン孔を備える第2ワークに挿入するワークの挿入方法であって、
前記エンドエフェクタは、前記第1ワークを把持する把持部と、多関節ロボットのアームに取り付けられて、前記把持部を直線移動自在に保持する保持部と、前記把持部と前記保持部との間に介在し、前記把持部が前記保持部に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を前記把持部に作用させる弾性部材と、を備えており、
前記把持部が直線移動自在である方向と前記第1ワークの軸心とが平行するように、前記把持部で前記第1ワークを把持する把持工程と、
前記把持部で把持した前記第1ワークの軸心を前記第2ワークの孔の軸心に合わせる位置合わせ工程と、
前記エンドエフェクタを前記第2ワーク側の方向に移動させて、前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に当接させる当接工程と、
前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に当接させた状態で、更に前記エンドエフェクタを前記方向に移動させることによって前記把持部を前記保持部に対して前記方向と反対側の方向に直線移動させ、この直線移動によって発生する前記弾性部材の復元力を利用して前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に押し付ける押し付け工程と、
前記第1ワークの軸心を中心にして前記第1ワークを回転させて、前記第1ワークのスプラインの位相と前記第2ワークの孔のスプラインの位相とが合致したときに、前記弾性部材の復元力を利用して前記第1ワークを前記第2ワークの孔に挿入する挿入工程と、を含むことを特徴とするワークの挿入方法。
【請求項3】
請求項2記載のワークの挿入方法であって、
前記挿入工程で行う前記第1ワークの回転を、前記位置合わせ工程と前記押し付け工程の間に開始することを特徴とするワークの挿入方法。
【請求項4】
請求項2記載のワークの挿入方法であって、
前記挿入工程で行う前記第1ワークの回転を、前記押し付け工程の後に開始することを特徴とするワークの挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の歯部が外周に形成されたスプライン軸を備える軸状のワークを、複数の歯部が内周に形成されたスプライン孔を備えるワークに挿入する際に使用するエンドエフェクタ及びこのエンドエフェクタを使用するワークの挿入方法に関する。
【背景技術】
【0002】
車両の製造において、軸状のワークを孔が形成されたワークに挿入する作業、例えば、ステアリング機構の組立て工程において、ドライブシャフトに連結されたジョイント部材をハブに挿入する作業は自動化されている。
【0003】
ドライブシャフトの一端にはジョイント部材(アウタージョイント)が連結され、その連結部分はブーツで覆われる。ジョイント部材はスプライン軸を有する。
【0004】
ハブはスプライン孔を有する。スプライン孔の外周部分はナックルに圧入されたホイールベアリングに圧入される。ナックルにはサークリップが圧入され、スプラッシュガードが固着される。また、ハブには予めブレーキディスクが固着されるジョイント部材がハブに押し込まれると、スプライン軸の先端はブレーキディスク側から突出する。そこにナットが締め付けられる。
【0005】
図10はジョイント部材のスプライン軸204とハブのスプライン孔210とがスプライン嵌合した状態を示す断面図である。スプライン軸204の外周には軸心と平行する複数のスプライン204aと複数の歯部204bが形成される。また、スプライン孔210の内周には軸心と平行する複数のスプライン210aと歯部210bが形成される。スプライン軸204の歯部204bとスプライン孔210の歯部210bが噛合することで、スプライン軸204とスプライン孔210はスプライン嵌合する。
【0006】
特許文献1は、ステアリング機構を組み立てるドライブシャフトの組付装置を示している。このドライブシャフトの組付装置は、ナックルやブレーキディスクと一体化されたハブを保持する位置決め装置と、ジョイント部材が取り付けられたドライブシャフトを保持するチャック装置と、ドライブシャフトを位置決め装置側に押し出す油圧シリンダユニット及びエアシリンダユニットと、を備える。油圧シリンダユニット及びエアシリンダユニットが駆動されると、ドライブシャフトは位置決め装置側に押し出され、ドライブシャフトに連結されたジョイント部材のスプライン軸がハブのスプライン孔に挿入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭62−96179号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
スプライン嵌合では、スプライン軸をスプライン孔に挿入する際に、スプライン軸のスプラインの位相とスプライン孔のスプラインの位相を合致させる必要がある。
【0009】
特許文献1の技術は、ジョイント部材のスプライン軸をハブのスプライン孔に挿入する際に、互いのスプラインの位相が合致していない場合、ドライブシャフトを押し出すエアシリンダユニットを停止させて、再度位相合わせを行うようにしている。こうした作業は煩雑であるうえ、作業効率の低下を招く。
【0010】
また、特許文献1の技術は、位置決め装置、チャック装置、油圧シリンダユニット及びエアシリンダユニット等、大がかりな装置を必要とする。特に、油圧シリンダユニットやエアシリンダユニットのような維持管理が煩雑な装置を使用している。
【0011】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡素な構造及び簡素な制御でスプライン軸のスプラインの位相とスプライン孔のスプラインの位相を合わせることが可能なエンドエフェクタ及びワークの挿入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係るエンドエフェクタは、軸状のワークを把持する把持部と、多関節ロボットのアームに取り付けられて、前記把持部を直線移動自在に保持する保持部と、前記把持部と前記保持部との間に介在し、前記把持部が前記保持部に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を前記把持部に作用させる弾性部材と、を備えたことを特徴とする。
【0013】
本発明に係るワークの挿入方法は、多関節ロボットのアームに取り付けられたエンドエフェクタを用いて、複数の歯部が外周に形成されたスプライン軸を備える軸状の第1ワークを、複数の歯部が内周に形成されたスプライン孔を備える第2ワークに挿入するワークの挿入方法であって、前記エンドエフェクタは、前記第1ワークを把持する把持部と、多関節ロボットのアームに取り付けられて、前記把持部を直線移動自在に保持する保持部と、前記把持部と前記保持部との間に介在し、前記把持部が前記保持部に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を前記把持部に作用させる弾性部材と、を備えており、前記把持部が直線移動自在である方向と前記第1ワークの軸心とが平行するように、前記把持部で前記第1ワークを把持する把持工程と、前記把持部で把持した前記第1ワークの軸心を前記第2ワークの孔の軸心に合わせる位置合わせ工程と、前記エンドエフェクタを前記第2ワーク側の方向に移動させて、前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に当接させる当接工程と、前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に当接させた状態で、更に前記エンドエフェクタを前記方向に移動させることによって前記把持部を前記保持部に対して前記方向と反対側の方向に直線移動させ、この直線移動によって発生する前記弾性部材の復元力を利用して前記第1ワークの前記歯部の端面を前記第2ワークの前記歯部の端面に押し付ける押し付け工程と、前記第1ワークの軸心を中心にして前記第1ワークを回転させて、前記第1ワークのスプラインの位相と前記第2ワークの孔のスプラインの位相とが合致したときに、前記弾性部材の復元力を利用して前記第1ワークを前記第2ワークの孔に挿入する挿入工程と、を含むことを特徴とする。
【0014】
本発明に係るワークの挿入方法は、前記挿入工程で行う前記第1ワークの回転を、前記位置合わせ工程と前記押し付け工程の間に開始してもよい。
【0015】
本発明のワークの挿入方法は、前記挿入工程で行う前記第1ワークの回転を、前記押し付け工程の後に開始してもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るエンドエフェクタ及びワークの挿入方法によれば、多関節ロボットを用いたスプライン嵌合を、コンプライアンス制御のような複雑な制御ではなく、簡単な位置制御で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1図1はステアリング機構の一部を示す図である。
図2図2は多関節ロボットの構成を示す図である。
図3図3はエンドエフェクタを示す正面図である。
図4図4はエンドエフェクタを示す側面図である。
図5図5は把持部の断面図であり、図3のV−V線断面図に相当する。
図6図6は把持部の断面図である、図3のVI−VI線断面図に相当する。
図7図7はハブに対するジョイント部材の挿入手順を示すフローチャートである。
図8図8Aは保持部とハブとの距離の変化を示すタイムチャートであり、図8Bは把持部とハブとの距離の変化を示すタイムチャートであり、図8Cはエンドエフェクタの回転・回転停止を示すタイムチャートである。
図9図9Aはスプライン軸とスプライン孔のスプラインの位相が合っていない状態を示す図であり、図9Bはスプライン軸とスプライン孔のスプラインの位相が合致した状態を示す図である。
図10図10はスプライン軸とスプライン孔とがスプライン嵌合した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、この発明に係るエンドエフェクタ及びワークの挿入方法について、図面を参照しながら説明する。
【0019】
本実施の形態では、エンドエフェクタをステアリング機構の組立工程で用いることを想定している。
【0020】
図1はステアリング機構の一部を示す図である。図1で示すように、ドライブシャフト100の一端にはジョイント部材(アウタージョイント)102が連結され、その連結部分はブーツ106で覆われる。ジョイント部材102はスプライン軸104を有する。
【0021】
ハブ108はスプライン孔110を有する。スプライン孔110の外周部分はナックル112に圧入されたホイールベアリング114に圧入される。ナックル112にはサークリップ116が圧入され、スプラッシュガード118が固着される。また、ハブ108には予めブレーキディスク120が固着されるジョイント部材102がハブ108に押し込まれると、スプライン軸104の先端はブレーキディスク120側から突出する。そこにナット122が締め付けられる。
【0022】
<多関節ロボット12の構成>
次に、図2を用いてエンドエフェクタ22が取り付けられる多関節ロボット12について説明する。多関節ロボット12は、産業用の多関節型のロボットであり、ベース部14と、該ベース部14を基準にして順に、第1アーム16、第2アーム18及び第3アーム20とを有する。第3アーム20の先端にはハンドであるエンドエフェクタ22が設けられる。エンドエフェクタ22は、第3アーム20に対して着脱自在である。第1アーム16はベース部14に対して水平及び垂直に回動可能な軸J1、J2によって回動可能である。第2アーム18は第1アーム16と軸J3で回動可能に連結される。第2アーム18は軸J4によって捻れ回転が可能である。第3アーム20は第2アーム18と軸J5で回動可能に連結される。第3アーム20は軸J6によって捻れ回転が可能である。軸J4及び軸J6はそれぞれ360°以上の捻れ回動が可能である。
【0023】
多関節ロボット12に関する座標計算及び制御上の基準点として、軸J1と軸J2とが交差する点を原点(元軸の中心点)として規定し、この原点を基準として、鉛直上向き方向(図2の上方向)を高さZ、回転角θ1がθ1=0であるときの軸J2の方向を奥行Y、高さZと奥行Yに垂直な方向を幅Xとして表す。この高さZ、幅X及び奥行Yにより3次元直交座標を示すものとする。
【0024】
軸J1、J2、J3、J4、J5及びJ6の駆動機構並びにエンドエフェクタ22の開閉機構はそれぞれ図示しないアクチュエータによって駆動され、作業点の座標は軸J1〜J6の回動角度及び多関節ロボット12の各部の寸法によって決定される。
【0025】
このような6軸構成の多関節ロボット12の動作によって、先端部に接続されたエンドエフェクタ22は車両の近傍における任意の位置に移動可能であって、且つ、任意の向きに設定可能である。換言すると、エンドエフェクタ22は6自由度の移動が可能である。多関節ロボット12は、回転動作以外にも伸縮動作、平行リンク動作等の動作部を有するものであってもよい。
【0026】
多関節ロボット12は、ロボット制御部21に設定されたティーチングデータに従って動作する。多関節ロボット12及びロボット制御部21は、車両を製造する現場の製造ラインに配設される。
【0027】
<エンドエフェクタ22の構成>
図3はエンドエフェクタ22を示す正面図であり、図4はエンドエフェクタ22を示す側面図である。図3図4はドライブシャフト100を把持するエンドエフェクタ22を模式化して示す。本実施の形態のエンドエフェクタ22は、軸状のワーク(ここではドライブシャフト100)を把持する把持部24と、多関節ロボット12の第3アーム20に取り付けられて、把持部24を直線移動自在に保持する保持部26と、把持部24と保持部26との間に介在し、把持部24が保持部26に対して直線移動するに伴い伸長又は収縮され、その伸長又は収縮に応じた復元力を把持部24に作用させる弾性部材と、を備える。本実施の形態では弾性部材として、バネ28、29を使用する。
【0028】
保持部26は、図2で示す多関節ロボット12の第3アーム20に着脱自在に取り付けられる取付部70と、取付部70に固定されるガイド部材72と、ガイド部材72に沿って直線移動する開閉部74、76と、開閉部74、76に支持される支持部材78、80と、支持部材78に軸82で軸支されるハンド保持部材84、86と、支持部材80に軸83で軸支されるハンド保持部材88、90と、を備える。
【0029】
ガイド部材72は、2つの開閉部74、76を直線移動自在にガイドする。2つの開閉部74、76は図示しないアクチュエータによって駆動され、互いに離隔し又は近接する。
【0030】
開閉部74の端部には支持部材78が固定され、また、開閉部76の端部には支持部材80が固定される。支持部材78の端部には軸82によってハンド保持部材84、86が軸支される。図3で示すように、ハンド保持部材84、86は、支持部材78を挟んで互いに対向するように配置される。同様に、支持部材80の端部には軸83によってハンド保持部材88、90が軸支される。ハンド保持部材88、90は、支持部材80を挟んで互いに対応するように配置される。
【0031】
ハンド保持部材84とハンド保持部材88は互いに交差し、その交差部分を軸支される。同様に、ハンド保持部材86とハンド保持部材90は互いに交差し、その交差部分を軸支される。ハンド保持部材84、86、88、90は、把持部24を直線移動自在に保持する。
【0032】
以下で、その把持部24を説明する。把持部24は、互いに対向する2つのハンド部材30、31と、ドライブシャフト100に当接する4つの当接部材32〜35と、を備える。
【0033】
ハンド部材30、31は、ドライブシャフト100の軸心方向と平行し、且つ、互いに平行する2か所の屈曲箇所で略120°屈曲する部材からなる。ここでは、ハンド部材30のうち屈曲箇所で区切られる部位を、保持部26側から順に、第1部位30a、第2部位30b、第3部位30cと称する。同様に、ハンド部材31のうち屈曲箇所で区切られる部位を、保持部26側から順に、第1部位31a、第2部位31b、第3部位31cと称する。ハンド部材30の第1部位30aとハンド部材31の第3部位31cは互いに対向する。ハンド部材30の第2部位30bとハンド部材31の第2部位31bは互いに対向する。ハンド部材30の第3部位30cとハンド部材31の第1部位31aは互いに対向する。また、ハンド部材30の第1部位30aは、保持部26のハンド保持部材88、90に連結され、ハンド部材31の第1部位31aは、保持部26のハンド保持部材84、86に連結される。
【0034】
ドライブシャフト100に当接する当接部材32はハンド部材30の第1部位30aに設けられる。当接部材33はハンド部材30の第3部位30cに設けられる。当接部材34はハンド部材31の第1部位31aに設けられる。当接部材35はハンド部材31の第3部位31cに設けられる。当接部材32と当接部材35は互いに対向し、当接部材33と当接部材34は互いに対向する。各ハンド部材30、31に対する各当接部材32〜35の取付け構造は同じである。以下では、ハンド部材30の第1部位30aに対する当接部材32の取付け構造を代表して説明する。
【0035】
図5は把持部24の断面図であり、図3のV−V線断面図に相当する。図5で示すように、当接部材32は、ハンド部材30の第1部位30aに、3つのバネ36を介して設けられる。当接部材32は、ハンド部材30の屈曲箇所の延在方向、すなわちドライブシャフト100の軸心方向と平行する方向に長手方向を有する。当接部材32は、エンドエフェクタ22(図2参照)の把持動作に応じてワークに直接当接し、他の当接部材33〜35と協働してワークを把持する。
【0036】
3つのバネ36は、それぞれ第1部位30aと当接部材32に固定される。3つのバネ36のそれぞれの内部には、第1部位30aに取り付けられた制限部材38と、当接部材32に取り付けられた制限部材40と、が設けられる。当接部材32に外部からの力が作用していない通常状態、すなわちドライブシャフト100を把持していない状態で、制限部材38と制限部材40との間には一定の間隔(例えば5mm)が設けられる。対して、ドライブシャフト100を把持したときに、バネ36の縮退量が一定量(例えば5mm)に達すると、制限部材38と制限部材40とが当接して、バネ36の縮退を停止させる。つまり、制限部材38、40は、バネ36の縮退を一定量(例えば5mm)に制限している。
【0037】
3つのバネ36の両側には2本のロッド42、44が設けられる。ロッド42の一端部は当接部材32の孔32aに挿入され、当接部材32の反対側からボルト43aにて固定される。ロッド42の他端部は第1部位30aの孔30dに挿通され、第1部位30aの外側でプレート46にボルト43bにて固定される。同様に、ロッド44の一端部は当接部材32の孔32bに挿入され、当接部材32の反対側からボルト45aにて固定される。ロッド44の他端部は第1部位30aの孔30eに挿通され、第1部位30aの外側でプレート46にボルト45bにて固定される。当接部材32〜35がドライブシャフト100を把持したとき、バネ36が縮退し、ハンド部材30の第1部位30aがロッド42、44に対して摺動しつつ、プレート46から離隔する。当接部材32〜35がドライブシャフト100を把持していない状態で、ハンド部材30の第1部位30aはプレート46に当接する。つまり、ロッド42、44とプレート46は、バネ36の伸長を制限する。
【0038】
同様の取付け構造が、当接部材33とハンド部材30の第3部位30cの取付け構造と、当接部材34とハンド部材31の第1部位31aの取付け構造と、当接部材35とハンド部材31の第3部位31cの取付け構造に使用される。
【0039】
図6は把持部24の断面図であり、図3のVI−VI線断面図に相当する。ハンド部材30の第1部位30aは、保持部26側の端部に、上述したハンド部材30の屈曲箇所の延在方向、すなわちドライブシャフト100の軸心方向と平行する2つの貫通孔50を有する。
【0040】
貫通孔50は、両端に径が大きい大径部50a、50bを有し、中央に径が小さい小径部50cを有する。貫通孔50にはロッド54が挿通される。ロッド54の一端54aは、貫通孔50の大径部50aから外側に突出し、保持部26のハンド保持部材88に形成された挿入孔88aに挿入される。そして、ハンド保持部材88の外側からボルト92で固定される。また、ロッド54の他端54bは、貫通孔50の大径部50bから外側に突出し、保持部26のハンド保持部材90に形成された挿入孔90aに挿入される。そして、ハンド保持部材90の外側からボルト94で固定される。
【0041】
貫通孔50の大径部50aと挿入孔88aには、ロッド54に挿通される態様でバネ28が設けられる。バネ28の一端は貫通孔50の大径部50aの底面に固定され、バネ28の他端は挿入孔88aの底面に固定される。
【0042】
同様に、貫通孔50の大径部50bと挿入孔90aには、ロッド54に挿通される態様でバネ29が設けられる。バネ29の一端は貫通孔50の大径部50bの底面に当接し、バネ29の他端は挿入孔90aの底面に当接する。
【0043】
外部からハンド部材30にロッド54の軸心と平行する方向の力が作用していない状態で、ハンド部材30の第1部位30aとハンド保持部材88、90との間には、一定の間隔(例えば10mm)が設けられる。この間隔が、把持部24に対して保持部26が直線移動自在な長さである。
【0044】
このように、ハンド保持部材88、90は、ハンド部材30をロッド54の軸心と平行する方向に直線移動できるように保持している。図示しないが、ハンド保持部材84、86も同様に、ハンド部材31をロッド54の軸心と平行する方向に直線移動できるように保持している。
【0045】
<エンドエフェクタ22の動作>
次に、エンドエフェクタ22の動作を説明する。ドライブシャフト100を把持する前に、ハンド部材30とハンド部材31は次のようにして開かれる。図示しないアクチュエータが駆動し、開閉部74、76をガイド部材72に沿って互いに離隔させる。開閉部74、76の離隔に伴い、支持部材78、80を介して、ハンド保持部材84とハンド保持部材88が開く。同様に、ハンド保持部材86とハンド保持部材90が開く。その結果、ハンド部材30とハンド部材31が開かれる。
【0046】
ドライブシャフト100を把持するときに、ハンド部材30とハンド部材31は次のようにして閉じられる。図示しないアクチュエータが駆動し、開閉部74、76をガイド部材72に沿って互いに近接させる。開閉部74、76の近接に伴い、支持部材78、80を介して、ハンド保持部材84とハンド保持部材88が閉じる。同様に、ハンド保持部材86とハンド保持部材90が閉じる。その結果、ハンド部材30とハンド部材31が閉じられる。
【0047】
ハンド部材30とハンド部材31を閉じて当接部材33〜35でドライブシャフト100を把持しているとき、複数のバネ36は一定の長さ(例えば5mm)を限度に縮退する。このとき、バネ36の縮退量に相当する復元力がドライブシャフト100に作用する。
【0048】
ハンド部材30とハンド部材31を閉じて当接部材33〜35でドライブシャフト100を把持しているとき、ドライブシャフト100が軸心方向の外力を受けた場合、ハンド部材30、31にはドライブシャフト100の軸心と平行する方向に力が作用する。例えば、図6において、ハンド部材30に図面右方向の力が作用すると、ハンド部材30はロッド54に沿って右方向に直線移動する。一定の長さ(例えば10mm)だけ移動すると、ハンド部材30はハンド保持部材90に当接するため、それ以上の移動はできなくなる。このとき図面左側のバネ28はハンド部材30の移動量の分だけ伸長し、図面右側のバネ29はハンド部材30の移動量の分だけ縮退する。
【0049】
<ハブ108に対するジョイント部材102の挿入手順>
次に、エンドエフェクタ22を用いて、図1に示すようなジョイント部材102のスプライン軸104を、ハブ108のスプライン孔110に挿入してスプライン嵌合する手順を説明する。
【0050】
図7はドライブシャフト100に連結されたジョイント部材102のスプライン軸104をハブ108のスプライン孔110に挿入する作業の流れを示すフローチャートである。図8Aはエンドエフェクタ22の保持部26とハブ108との距離の変化を示すタイムチャートであり、図8Bはエンドエフェクタ22の把持部24とハブ108との距離の変化を示すタイムチャートであり、図8Cはエンドエフェクタ22の回転又は回転停止を示すタイムチャートである。なお、図8Aにおいては、ジョイント部材102のスプライン軸104の端面がハブ108のスプライン孔110の開口に位置するときのスプライン孔110とエンドエフェクタ22の保持部26との距離を「d1」として示している。同様に、図8Bにおいては、ジョイント部材102のスプライン軸104の端面がハブ108のスプライン孔110の開口に位置するときのスプライン孔110とエンドエフェクタ22の把持部24との距離を「d2」として示している。また、図8Cにおいては、エンドエフェクタ22が回転している状態を「1」とし、回転していない状態を「0」として示している。図9Aはスプライン軸104の歯部104bとスプライン孔110の歯部110bとの位相が合っていない状態をスプライン軸104側からみた様子を示す図である。図9Bはスプライン軸104の位相とスプライン孔110の位相とが合致した状態をスプライン軸104側からみた様子を示す図である。
【0051】
以下で説明するエンドエフェクタ22の動作は、図2で示すロボット制御部21に予め設定された位置制御プログラムにて行われる。
【0052】
先ず、多関節ロボット12は、エンドエフェクタ22の把持部24で所定位置に置かれたドライブシャフト100を把持する(ステップS101)。このとき、把持部24は、保持部26に対して直線移動自在である方向とドライブシャフト100の軸心とが平行となるようにしてドライブシャフト100を把持する。
【0053】
次に、多関節ロボット12は、把持部24で把持したドライブシャフト100の軸心がハブ108のスプライン孔110の軸心と一致するように、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の位置合わせをする(ステップS102)。図8A図8Cにおいて、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の位置合わせが終了した時期を起点t0として示す。
【0054】
次に、多関節ロボット12は、エンドエフェクタ22をハブ108側の方向(以下、ハブ方向という)に直線移動させて、ドライブシャフト100を軸心に沿って移動させる(ステップS103)。図8A図8Cにおいて、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の直線移動開始時期をt1として示す。
【0055】
多関節ロボット12は、ドライブシャフト100をハブ方向へ直線移動させる途中で、エンドエフェクタ22が所定の位置に達したときに、ドライブシャフト100の軸心を中心としてエンドエフェクタ22を回転させて、ドライブシャフト100を回転させる(ステップS104)。図8A図8Cにおいて、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の回転開始時期をt2として示す。この回転は、ステップS111の回転停止処理が行われる時期t6まで継続される。
【0056】
多関節ロボット12がエンドエフェクタ22及びドライブシャフト100をハブ方向へ直線移動させ続けると、ジョイント部材102の端面がハブ108のスプライン孔110の開口位置に到達する(ステップS105)。この状態で、ジョイント部材102のスプライン軸104の位相とハブ108のスプライン孔110の位相とが合致していない場合は、図9Aで示すように、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とが当接する(ステップS106)。図8A図8Cにおいて、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とが当接した時期をt3として示す。
【0057】
ジョイント部材102のスプライン軸104の端面がハブ108のスプライン孔110の開口に到達した後、多関節ロボット12は、更にエンドエフェクタ22をハブ方向に直線移動させる(ステップS107)。この段階で、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とが既に当接しているため、ジョイント部材102とドライブシャフト100と把持部24はハブ方向へ移動しない。一方、保持部26は、把持部24を直線移動自在に保持している。つまり、保持部26は、把持部24が保持部26に対して直線移動自在な量(例えば10mm)だけ、把持部24に対して直線移動自在である。このため、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とが当接した状態であっても、保持部26はハブ方向へ移動できる。従って、保持部26は、バネ28、バネ29の何れか一方を収縮させ他方を伸長させながらハブ方向へ移動する。
【0058】
保持部26が把持部24に対してハブ方向に移動するとき、保持部26を基準としてみれば、把持部24は保持部26に対してハブ方向と反対の方向に直線移動することになる。この直線移動によってバネ28、29の収縮及び伸長に応じた復元力が発生する。この復元力は、把持部24とドライブシャフト100とジョイント部材102に作用する。すなわち、ドライブシャフト100及びジョイント部材102にはバネ28、29の収縮及び伸長に起因するハブ方向の押し付け力が作用する。
【0059】
多関節ロボット12は、エンドエフェクタ22をハブ方向に所定距離だけ直線移動させた後に、エンドエフェクタ22の直線移動を停止させる(ステップS108)。この所定距離は、把持部24が保持部26に対して直線移動自在な量(例えば10mm)以内であることが望ましい。図8A図8Cにおいて、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の直線移動停止時期をt4として示す。
【0060】
この段階では、多関節ロボット12は、ステップS104で開始したドライブシャフト100の軸心を中心としたエンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の回転を継続する。ドライブシャフト100と共にジョイント部材102は軸心を中心として回転させられ、バネ28の収縮及びバネ29の伸長に応じた復元力でハブ方向に押し付けられる(ステップS109)。
【0061】
エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の回転によってスプライン軸104のスプラインの位相とスプライン孔110のスプラインの位相とが合致すると、図9Bで示すように、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とは当接しなくなる。すると、ジョイント部材102とドライブシャフト100と把持部24はハブ方向に移動できるようになる。このとき、スプライン軸104はバネ28、29の復元力によってスプライン孔110に挿入されて、スプライン軸104の歯部104bとスプライン孔110の歯部110bとが噛合する(ステップS110)。また、バネ28、29はもとの状態に復元する。図8A図8Cにおいて、ジョイント部材102の挿入時期をt5として示す。
【0062】
多関節ロボット12は、エンドエフェクタ22をドライブシャフト100の軸心を中心に回転開始から所定角度だけ回転させた後に、エンドエフェクタ22の回転を停止させる(ステップS111)。図8A図8Cにおいて、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の回転停止時期をt6として示す。
【0063】
最後に、多関節ロボット12は、エンドエフェクタ22をハブ方向に所定量だけ移動させてスプライン軸104をスプライン孔110に押し込む(ステップS112)。図8A図8Cにおいて、ジョイント部材102の押し込み時期をt7として示す。
【0064】
なお、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の回転開始時期は、図8A図8Cで示す時期t2でなく、スプライン軸104の歯部104bの端面とスプライン孔110の歯部110bの端面とが当接した時期t3と同時又はそれよりも後(図8Cの破線a)であってもよく、また、エンドエフェクタ22及びドライブシャフト100の直線移動停止時期t4と同時又はそれよりも後(図8Cの破線b)であってもよい。
【0065】
時期t3と同時に回転を行う場合は、ジョイント部材102の歯部104bの端面とハブ108の歯部110bの端面とが当接したことを圧力センサで検知し、圧力センサが図2で示すロボット制御部21に検知信号を出力し、ロボット制御部21が多関節ロボット12を制御してエンドエフェクタ22の回転を開始するようにしてもよい。
【0066】
本実施の形態に係るエンドエフェクタ22では、バネ36のバネ定数を変えることでドライブシャフト100の把持力を変えることができる。
【0067】
本実施の形態に係るエンドエフェクタ22では、バネ28、29のバネ定数を変えることでスプライン孔110の歯部110bに対するスプライン軸104の歯部104bの押し付け力を変えることができる。スプライン軸104とスプライン孔110との間に強い力を作用させると両者が破損する虞があるため、スプライン嵌合に最低限必要な力が発生する程度のバネ定数を設定することが望ましい。
【0068】
但し、本実施の形態に係るエンドエフェクタ22では、バネ36のバネ定数を変えることでドライブシャフト100の把持力を変えることができるため、仮にスプライン軸104とスプライン孔110との間に必要以上に強い力が作用したとしても、スプライン軸104とスプライン孔110の破損が発生しないようにすることが可能である。ドライブシャフト100の移動に起因して、スプライン軸104とスプライン孔110との間に大きな力が作用し、その力がバネ36のバネ定数で設定される当接部材32〜35の把持力を超えた場合、当接部材32〜35内でドライブシャフト100は移動方向と反対方向に滑る。このように、エンドエフェクタ22は、スプライン軸104とスプライン孔110との間に一定以上の力が発生しないようにすることができる。
【0069】
なお、仮に、スプライン嵌合を行う際に、通常のハンドを多関節ロボットのアームに装着して本実施の形態と同じような位置制御をすると、スプライン軸104の歯部104bがスプライン孔110の歯部110bに大きな力で押し付けられることになり、両者の破損を招く。通常のハンドを使用してスプライン嵌合を行うためには、コンプライアンス制御が必要になる。しかし、コンプライアンス制御は各種センサを必要とするうえ、複雑なアルゴリズムが必要である。
【0070】
対して、本実施の形態のエンドエフェクタ22及びワークの挿入方法によれば、多関節ロボット12を用いたスプライン嵌合を、コンプライアンス制御のような複雑な制御ではなく、簡単な位置制御で行うことができる。
【符号の説明】
【0071】
12…多関節ロボット 20…第3アーム
22…エンドエフェクタ 24…把持部
26…保持部 28、29…バネ
30、31…ハンド部材 32、33、34、35…当接部材
36…バネ 70…取付部
72…ガイド部材 74、76…開閉部
78、80…支持部材 84、86、88、90…ハンド保持部材
100…ドライブシャフト 102…ジョイント部材
104…スプライン軸 104b、110b…歯部
108…ハブ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10