特開 2023-39352 噛合装置、噛合方法、及び、制御プログラム

(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】P2023039352

(43)【公開日】2023-03-20

(54)【発明の名称】噛合装置、噛合方法、及び、制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230313BHJP

   B23P 21/00 20060101ALI20230313BHJP

   B23P 19/04 20060101ALI20230313BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

B23P21/00 306Z

B23P19/04 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021146481

(22)【出願日】2021-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】小河路 隆裕

(72)【発明者】

【氏名】林 美由希

【テーマコード（参考）】

3C030

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C030BC04

3C030BC16

3C030BC27

3C030BC35

3C030CA01

3C707AS07

3C707BS10

3C707KS33

3C707KX06

3C707LV11

3C707LV17

(57)【要約】

【課題】第１ギヤを第２ギヤに噛合させる場合に、第１ギヤを含む画像及び第２ギヤを含む画像に頼ることなく位相合わせ可能な技術を提供すること。
【解決手段】噛合装置（１）は、ロボットアーム（１１）と、ロボットハンド（１３）と、ロボットアーム（１１）及びロボットハンド（１３）を制御するコントローラ（１４）と、を備えている。コントローラ（１４）は、（１）第１ギヤ（筒Ｗ１）を第２ギヤ（軸Ｗ２）に半噛合させる半噛合工程（Ｓ１１）と、（２）第１ギヤの歯が第２ギヤの歯に接触するまで第１ギヤを順回転させる第１回転工程（Ｓ１２）と、（３）第１ギヤの歯が第２ギヤの歯に接触するまで第１ギヤを逆回転させる第２回転工程（Ｓ１３）と、（４）第１ギヤを逆回転させた回転角よりも小さい回転角だけ、第１ギヤを順回転させる第３回転工程（Ｓ１４）と、を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ギヤを第２ギヤに噛合させる噛合装置であって、
ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられた、前記第１ギヤを保持するロボットハンドと、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドを制御するコントローラと、を備えており、
前記コントローラは、（１）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに半噛合させる半噛合工程と、（２）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで順回転させる第１回転工程と、（３）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで逆回転させる第２回転工程と、（４）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第２回転工程において前記第１ギヤを逆回転させる際の回転角よりも小さい回転角だけ順回転させる第３回転工程と、（５）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに全噛合させる並進工程と、を実行する、
ことを特徴とする噛合装置。

【請求項2】

前記第３回転工程において前記第１ギヤを順回転させる際の回転角は、前記第２回転工程において前記第１ギヤを逆回転させる際の回転角の１／２である、
ことを特徴とする請求項１に記載の噛合装置。

【請求項3】

前記ロボットアームと前記ロボットハンドとの間に介在する力覚センサを更に備え、
前記コントローラは、前記第１回転工程及び前記第２回転工程において、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触したことを、前記力覚センサの出力信号を参照して特定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の噛合装置。

【請求項4】

ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられた、第１ギヤを保持するロボットハンドと、を用いて、前記第１ギヤを第２ギヤに噛合させる噛合方法であって、
前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに半噛合させる半噛合工程と、
前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで順回転させる第１回転工程と、
前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで逆回転させる第２回転工程と、
前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第２回転工程において前記第１ギヤを逆回転させる際の回転角よりも小さい回転角だけ順回転させる第３回転工程と、
前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに全噛合させる並進工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする噛合方法。

【請求項5】

ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられた、第１ギヤを保持するロボットハンドと、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドを制御するコントローラと、を備えており、前記第１ギヤを第２ギヤに噛合させる噛合装置を制御する制御プログラムであって、
（１）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに半噛合させる半噛合工程と、（２）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで順回転させる第１回転工程と、（３）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで逆回転させる第２回転工程と、（４）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第２回転工程において前記第１ギヤを逆回転させる際の回転角よりも小さい回転角だけ順回転させる第３回転工程と、（５）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに全噛合させる並進工程と、を前記コントローラに実行させる、
ための制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１ギヤを第２ギヤに噛合させる、噛合装置及び噛合方法に関する。また、そのような噛合装置を制御する制御プログラムにも関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットを用いて歯車同士を噛合させることにより歯車機構を組み立てる組立装置及び組立方法が特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１の技術では、製品ロボットの駆動軸に既に組み込まれている減速機歯車に対して、モータの出力軸に装着されたモータ側歯車を嵌め合わせて、モータの出力軸を減速機歯車中に差し込んで、減速機歯車とモータ側歯車とを組み立てる作業を行う。以下では、新たに嵌め合わせるモータ側歯車を第１ギヤと称し、製品ロボットの駆動軸に既に組み込まれている減速機歯車を第２ギヤと称する。

【0004】

特許文献１の技術では、撮像装置を用いて、第１ギヤを含む画像と、第２ギヤを含む画像とを撮像する。そのうえで、それらの画像に画像処理を施すことによって、第１ギヤを第２ギヤに嵌め合わせるために用いる位相などの情報を取得する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－２１５３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の技術では、第１ギヤを第２ギヤに嵌め合わせるために用いる情報を取得するために、第１ギヤを含む画像及び第２ギヤを含む画像を用いる。そのため、特許文献１の技術において用いる第１ギヤを含む画像及び第２ギヤを含む画像は、鮮明であることが好ましい。しかしながら、組み立てる製品の構成によっては、第１ギヤ及び第２ギヤの少なくとも何れかに照射される光量が不足している、あるいは、第２ギヤが奥まった位置に組み込まれており第１ギヤを挿入するための挿入穴が小さい、といった理由により、鮮明な画像を撮像することが困難な場合がある。

【0007】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、第１ギヤを第２ギヤに噛合させる場合に、第１ギヤを含む画像及び第２ギヤを含む画像に頼ることなく位相合わせ可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る噛合装置は、第１ギヤを第２ギヤに噛合させる噛合装置であって、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられた、前記第１ギヤを保持するロボットハンドと、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドを制御するコントローラと、を備えている。

【0009】

本噛合装置において、前記コントローラは、（１）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに半噛合させる半噛合工程と、（２）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで順回転させる第１回転工程と、（３）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第１ギヤの歯が前記第２ギヤの歯に接触するまで逆回転させる第２回転工程と、（４）前記ロボットアーム又は前記ロボットハンドを制御することにより、前記第１ギヤを、前記第２回転工程において前記第１ギヤを逆回転させる際の回転角よりも小さい回転角だけ順回転させる第３回転工程と、（５）前記ロボットアームを制御することにより、前記第１ギヤを並進させ、前記第１ギヤを前記第２ギヤに全噛合させる並進工程と、を実行する、ように構成されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、第１ギヤを第２ギヤに噛合させる場合に、第１ギヤを含む画像及び第２ギヤを含む画像に頼ることなく位相合わせ可能な技術を提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】噛合装置の構成を示す斜視図である。

【図2】図１に示す噛合装置が備えているコントローラの構成を示すブロック図である。

【図3】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１に示した噛合装置を用いて噛合させる筒及び軸の斜視図である。

【図4】図１に示した噛合装置が備えているコントローラが実施する噛合方法の各工程における筒及び軸を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態に係る噛合装置１の構成に関して、図１及び図２を参照して説明する。図１は、噛合装置１の構成を示す斜視図である。図２は、噛合装置１が備えているコントローラ１４の構成を示すブロック図である。また、噛合装置１を用いて噛合させる筒Ｗ１及び軸Ｗ２について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の斜視図である。また、本発明の一実施形態である噛合方法Ｍ１の構成に関して、図４を参照して説明する。図４は、噛合方法Ｍ１の各工程における筒Ｗ１及び軸Ｗ２を示す平面図である。

【0013】

〔噛合装置〕
噛合装置１は、図１に示すように、ロボットアーム１１、力覚センサ１２、ロボットハンド１３、及びコントローラ１４を含んでいる。噛合装置１は、筒Ｗ１を軸Ｗ２に噛合させる噛合装置である。ロボットアーム１１及びコントローラ１４は、定盤の主面上に配置されている。なお、定盤には符号を付していない。

【0014】

＜ロボットアーム及びロボットハンド＞
本実施形態においては、ロボットアーム１１として、垂直多関節型ロボットアームを用いている。また、力覚センサ１２として、６軸力覚センサを用いている。また、筒Ｗ１を保持するロボットハンド１３として、３方チャックを用いている。なお、ロボットハンド１３は、筒Ｗ１を把持以外の方法で保持できるものであってもよい。把持以外の保持方法としては、例えば、吸着による保持、磁力による保持、静電気力による保持などが挙げられる。ロボットハンド１３は、力覚センサ１２を介してロボットアーム１１の先端に取り付けられている。本実施形態では、ロボットハンド１３の３方チャックの軸心と平行な方向であって、ロボットアーム１１の先端から遠ざかる方向（図１においては鉛直方向下向き）をｚ軸正方向と定める。また、ｚ軸方向を法線とする平面を構成する２つの直交する方向をｘ軸正方向及びｙ軸正方向と定める。図１においては、ｘ軸方向は、定盤の左右方向と一致しており、ｙ軸方向は、定盤の奥行き方向と一致している。

【0015】

噛合装置１及び噛合方法Ｍ１においては、３方チャックの軸心を回転軸として３方チャックを回転させることにより、筒Ｗ１の軸心Ｃ１を回転軸として筒Ｗ１を回転させる。この３方チャックを回転させる機構は、ロボットアーム１１に搭載されていてもよいし、ロボットハンド１３に搭載されていてもよい。前者の場合、コントローラ１４は、ロボットアーム１１を制御することにより３方チャックを回転させる。後者の場合、コントローラ１４は、ロボットハンド１３を制御することにより３方チャックを回転させる。本実施形態においては、ロボットハンド１３に３方チャックを回転させる機構が搭載されているものとして説明する。

【0016】

＜力覚センサ＞
力覚センサ１２は、ロボットハンド１３に作用する力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検出する６軸力覚センサである。以下では、各方向を区別する必要がない場合には、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚをまとめて力Ｆとも表し、モーメントＭｘ，Ｍｙ，ＭｚをまとめてモーメントＭとも表す。

【0017】

力覚センサ１２は、検出した力Ｆ及びモーメントＭを表す出力信号を、コントローラ１４に提供する。

【0018】

＜コントローラ＞
コントローラ１４は、力覚センサ１２の出力信号を参照してロボットアーム１１を制御することにより、特定の作業を実演する機能を有している。本実施形態において、特定の作業は、筒Ｗ１の歯Ｔ１を軸Ｗ２の歯Ｔ２に噛合させる作業である。この作業においてコントローラ１４が実施する噛合方法については、図４を参照しながら後述する。図１では、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とがおおよそ一致しているものの、筒Ｗ１と軸Ｗ２とが離間している状態図示している。後述する噛合方法Ｍ１では、この状態を始状態とする。

【0019】

コントローラ１４の構成について、図２を参照して説明する。図２は、コントローラ１４の構成を示すブロック図である。

【0020】

コントローラ１４は、図２に示すように、プロセッサ１４１と、一次メモリ１４２と、二次メモリ１４３と、通信インタフェース１４４と、バス１４５と、を備えている。プロセッサ１４１、一次メモリ１４２、二次メモリ１４３、及び通信インタフェース１４４は、バス１４５を介して相互に接続されている。コントローラ１４として利用可能なデバイスとしては、例えば、クラウドサーバを構成するワークステーションを挙げることができる。

【0021】

二次メモリ１４３には、制御プログラムＰが格納されている。プロセッサ１４１は、二次メモリ１４３に格納されている制御プログラムＰを一次メモリ１４２上に展開する。そして、プロセッサ１４１は、一次メモリ１４２上に展開された制御プログラムＰに含まれる命令に従って、後述する噛合方法Ｍ１に含まれる各処理を実行する。プロセッサ１４１として利用可能なデバイスとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を挙げることができる。また、一次メモリ１４２として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体ＲＡＭ（Random Access Memory）を挙げることができる。また、二次メモリ１４３として利用可能なデバイスとしては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）を挙げることができる。

【0022】

通信インタフェース１４４は、ネットワークを介してロボットアーム１１及びロボットハンド１３と通信を行うためのインタフェースである。通信インタフェース１４４として利用可能なインタフェースとしては、例えば、イーサネット（登録商標）インタフェースが挙げられる。また、利用可能なネットワークとしては、ＰＡＮ（Personal Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＣＡＮ（Campus Area Network）、ＭＡＮ（Metropolitan Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＧＡＮ（Global Area Network）、又は、これらのネットワークを含むインターネットワークが挙げられる。インターネットワークは、イントラネットであってもよいし、エクストラネットであってもよいし、インターネットであってもよい。

【0023】

なお、プロセッサ１４１に噛合方法Ｍ１を実行させるための制御プログラムＰは、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録され得る。この記録媒体は、二次メモリ１４３であってもよいし、その他の記録媒体であってもよい。例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブル論理回路などが、その他の記録媒体として利用可能である。制御プログラムＰは、後述する噛合装置１及び噛合方法Ｍ１と同じ効果を奏する。

【0024】

〔筒及び軸〕
筒Ｗ１は、図３の（ａ）に示すように、金属製の円筒状部材である。ただし、筒Ｗ１を構成する材料は、金属に限定されず、例えば、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。

【0025】

筒Ｗ１の内壁には、その軸心Ｃ１と平行に複数の溝が設けられている。複数の溝は、後述する筒Ｗ１の複数の歯Ｔ２に対応して設けられている。筒Ｗ１の内壁に複数の溝が設けられていることにより、筒Ｗ１の内壁のうち複数の溝が設けられていない部分は、歯Ｔ１として機能する。したがって、筒Ｗ１は、内歯車の一態様である。筒Ｗ１は、第１ギヤの一例であり、歯Ｔ１は、第１ギヤの歯の一例である。

【0026】

軸Ｗ２は、図３の（ｂ）に示すように、金属製の円柱状部材である。ただし、軸Ｗ２を構成する材料は、金属に限定されず、例えば、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。

【0027】

軸Ｗ２の外壁には、その軸心Ｃ２と平行に複数の歯Ｔ２が設けられている。軸Ｗ２は、第２ギヤの一例であり、歯Ｔ２は、第２ギヤの歯の一例である。

【0028】

本実施形態において、軸Ｗ２は、金属製のブロックを介して定盤に固定されている。なお、ブロックにも符号は付していない。

【0029】

なお、本実施形態において、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の高さ（軸心と平行な方向の長さ）は、互いに等しい。ただし、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の高さは、これに限定されず、適宜さだめることができる。

【0030】

ただし、噛合装置１が噛合させる第１ギヤ及び第２ギヤは、筒Ｗ１及び軸Ｗ２に限定されない。第１ギヤ及び第２ギヤの組み合わせは、各々の位相があった半噛合の状態において、第１ギヤを少なくとも軸心と平行な方向に並進させることによって全噛合させることができる組み合わせであればよい。

【0031】

第１ギヤ及び第２ギヤの組み合わせの他の例としては、一方又は両方が平歯車である組み合わせ、一方又は両方がはすば歯車である組み合わせ、及び、ラックとピニオンとの組み合わせが挙げられる。ラック及びピニオンの場合であれば、ピニオンを第１ギヤとし、ラックを第２ギヤとする場合がおおい。ただし、２つのギヤの組み合わせにおいて、何れを第１ギヤとするかは、組み立て完成品の構成に応じて適宜選択することができる。

【0032】

また、半噛合とは、第１ギヤと第２ギヤとが軽く噛んでいる状態のことを意味し、全噛合とは、第１ギヤと第２ギヤとが完全に噛んでいる状態のことを意味する。言い替えれば、半噛合は、第１ギヤ及び第２ギヤの組み立てが完了していない状態を意味し、全噛合は、第１ギヤ及び第２ギヤの組み立てが完了した状態を意味する。

【0033】

筒Ｗ１及び軸Ｗ２の場合、半噛合は、筒Ｗ１の下端面近傍の歯Ｔ１と、軸Ｗ２の上端面近傍の歯Ｔ２とが噛合しており、歯Ｔ１及び歯Ｔ２の大部分は、互いに噛合していない状態を指す。一方、全噛合は、軸Ｗ２が筒Ｗ１の内部に収容されており、軸心方向に沿って見た場合に、歯Ｔ１の全部分と歯Ｔ２の全部分とが噛合している状態を指す。

【0034】

上述した半噛合及び全噛合の定義は、第１ギヤ及び第２ギヤの少なくとも何れか一方として厚みが薄い（高さが低い）平歯車を用いた場合にも適用できる。

【0035】

また、半噛合の筒Ｗ１及び第２ギヤ（軸Ｗ２）において、位相が合っている状態とは、第１ギヤ（筒Ｗ１）の軸心（軸心Ｃ１）と第２ギヤ（軸Ｗ２）との軸心（軸心Ｃ２）とが一致しており、且つ、第１ギヤ（筒Ｗ１）の歯（歯Ｔ１）と第２ギヤ（軸Ｗ２）の歯（歯Ｔ２）とが互いに接触していない状態を意味する。

【0036】

半噛合の筒Ｗ１及び軸Ｗ２において位相が合っている場合、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とが一致しており、歯Ｔ１と歯Ｔ２とは接触していないため、筒Ｗ１を並進させるだけで歯Ｔ１と歯Ｔ２とを接触させることなく全噛合させることができる。したがって、歯Ｔ１及び歯Ｔ２には、損傷が生じない。

【0037】

一方、半噛合の筒Ｗ１及び軸Ｗ２において位相が合っていない場合、歯Ｔ１の一部と歯Ｔ２一部とが接触しているため、全噛合させることができたとしても歯Ｔ１及び歯Ｔ２の少なくとも何れかに損傷が生じるし、場合によっては全噛合させることができない。

【0038】

噛合装置１は、半噛合の筒Ｗ１及び軸Ｗ２において位相を合わせることができるので、歯Ｔ１及び歯Ｔ２に損傷をしょうじさせることなく、各々を全噛合させることができる。

【0039】

なお、図１に示した噛合装置１、筒Ｗ１、及び軸Ｗ２の状態は、噛合装置１及び噛合方法Ｍ１を説明するために設定したものである。噛合装置１は、製品を自動的に組み立てることによって製造する製造ラインにおいて用いられる。軸Ｗ２は、組立途中の製品に既に組み込まれている部品の一例である。軸Ｗ２は、製造ラインにおいては、組立途中の製品の一部として、所定の場所に固定されている。一方、筒Ｗ１は、これから組立途中の製品に組み込むべき部品である。

【0040】

〔噛合方法〕
噛合方法Ｍ１は、図４に示すように、半噛合工程Ｓ１１と、第１回転工程Ｓ１２と、第２回転工程Ｓ１３と、第３回転工程Ｓ１４と、並進工程Ｓ１５と、を含んでいる。噛合装置１において、噛合方法Ｍ１は、コントローラ１４により実行される。本発明の一実施形態には、噛合装置１を制御する制御プログラムＰであって、噛合方法Ｍ１をコントローラ１４に実行させる制御プログラムＰも含まれる。

【0041】

図４の（ａ）～（ｆ）は、図１に示した状態の噛合装置１、筒Ｗ１、及び軸Ｗ２において、ｚ軸負方向側（すなわち、力覚センサ１２及びロボットハンド１３の側）から筒Ｗ１の上端面（図３の（ａ）においては上側に位置する端面）を平面視することにより得られた平面図である。軸Ｗ２の上側（ｚ軸負方向側）に筒Ｗ１が位置するので、筒Ｗ１の空洞より軸Ｗ２が見える状態になっている。ただし、実施には、筒Ｗ１の上側に力覚センサ１２及びロボットハンド１３が位置するため、外部空間より筒Ｗ１及び軸Ｗ２を撮像することはできない。

【0042】

図４において、（ａ）は、噛合方法Ｍ１を実施する前の始状態を示す、（ｂ）は、半噛合工程Ｓ１１を実施した後の状態（すなわち、半噛合の状態）を示し、（ｃ）は、第１回転工程Ｓ１２を実施したあとの状態を示し、（ｄ）は、第２回転工程Ｓ１３を実施したあとの状態を示し、（ｅ）は、第３回転工程Ｓ１４を実施したあとの状態を示し、（ｆ）は、並進工程Ｓ１５を実施したとの状態（すなわち、全噛合の状態）を示す。

【0043】

＜始状態＞
噛合方法Ｍ１では、図１及び図４の（ａ）に示すように、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とがおおよそ一致しているものの、筒Ｗ１と軸Ｗ２とが離間している状態を始状態とする。

【0044】

図１に図示されているブロックは、定盤上の所定の位置に固定されており、ブロックは、軸Ｗ２をおおよそ所定の位置に固定することができる。したがたって、コントローラ１４は、ブロックの所定の位置に軸Ｗ２を固定した場合における軸心Ｃ２の位置及び向きを取得することができる。

【0045】

一方、ロボットハンド１３は、３方チャックを用いて、３方チャックの軸心と、筒Ｗ１の軸心Ｃ１とがおおよそ一致するように、筒Ｗ１を把持する。コントローラ１４は、３方チャックの軸心を取得することができるので、３方チャックに把持された筒Ｗ１の軸心Ｃ１の位置及び向きを取得することができる。

【0046】

コントローラ１４は、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とが一致するように、且つ、筒Ｗ１と軸Ｗ２とが所定の間隔だけ離間するように、ロボットアーム１１を制御する。この始状態においては、コントローラ１４が取得した軸心Ｃ２の所定の位置及び向きと、軸心Ｃ２の実際の位置及び向きとが一致しているとは限らないし、コントローラ１４が取得した軸心Ｃ１の所定の位置及び向きと、軸心Ｃ１の実際の位置及び向きとが一致しているとは限らない。

【0047】

＜半噛合工程＞
半噛合工程Ｓ１１において、コントローラ１４は、ロボットアーム１１を制御することにより、筒Ｗ１を少なくとも並進させ、筒Ｗ１の歯Ｔ１を軸Ｗ２の歯Ｔ２に半噛合させる。

【0048】

具体的には、コントローラ１４は、側方から見た場合に、軸Ｗ２の上端部と筒Ｗ１の下端部とが僅かに重なる位置まで、筒Ｗ１を鉛直下向き（図１に図示した座標系ではｚ軸正方向、図３においては紙面の奥に向かう方向）に並進させる。なお、筒Ｗ１における側方から見た場合に、軸Ｗ２の上端部と筒Ｗ１の下端部とが僅かに重なる位置は、予めコントローラ１４に提供しておけばよい。

【0049】

始状態において、筒Ｗ１と軸Ｗ２との位相が偶然にも合っていた場合、力覚センサ１２は、半噛合工程Ｓ１１が完了するまでの間、いかなる力ＦもモーメントＭも検出しない。したがって、半噛合工程Ｓ１１が完了するまでの間に力覚センサ１２が力Ｆ及びモーメントＭを検出しない場合、コントローラ１４は、筒Ｗ１と軸Ｗ２との位相が合っていると判定する。この場合、コントローラ１４は、第１回転工程Ｓ１２、第２回転工程Ｓ１３、及び第３回転工程Ｓ１４の実行を省略し、後述する並進工程Ｓ１５を実行する。

【0050】

一方、力覚センサ１２は、半噛合工程Ｓ１１が完了するまでの間に力Ｆ及びモーメントＭの少なくとも何れかを検出した場合、力覚センサ１２の出力信号を取得したコントローラ１４は、即座にロボットアーム１１の動作を停止させることにより筒Ｗ１の並進を止める。この状態において、軸Ｗ２の上端面と、筒Ｗ１の下端面とは接触している。また、この状態を平面視した場合、歯Ｔ１と歯Ｔ２との重なり具合は、図４の（ａ）に示した始状態とおおよそ同じと考えられる。

【0051】

コントローラ１４は、力覚センサ１２から取得した出力信号が表す力Ｆ及びモーメントＭの各成分に基づいて、軸心Ｃ２に対する軸心Ｃ１の相対的な位置及び向きを取得することができる。コントローラ１４は、軸心Ｃ２に対する軸心Ｃ１の相対的な位置及び向きに応じてロボットハンド１３を制御することにより、軸心Ｃ１の位置及び向きと、軸心Ｃ２の位置及び向きとを一致させる。

【0052】

軸心Ｃ１の位置及び向きと、軸心Ｃ２の位置及び向きとは、一致しているものの、歯Ｔ１の一部と、歯Ｔ２の一部とが重なっている場合、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の全周にわたって歯Ｔ１の一部と、歯Ｔ２の一部とが接触するため、力覚センサ１２は、ｚ軸負方向に作用する力Ｆｚ（以下において負の力Ｆｚと称する）を検出する。

【0053】

コントローラ１４は、負の力Ｆｚのみを表す出力信号を取得した場合、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とが一致しているものの、歯Ｔ１の一部と、歯Ｔ２の一部とが重なっていると判定する。この場合、コントローラ１４は、力覚センサ１２を制御することにより、軸Ｗ２の上端面と、筒Ｗ１の下端面とが僅かに接触したままの状態（すなわち、負の力Ｆｚが僅かに検出される状態）のまま、軸心Ｃ１を回転軸として筒Ｗ１を時計回り（ＣＷ、clockwise）方向に筒Ｗ１を回転させる。

【0054】

なお、以下では、筒Ｗ１を時計回り方向に回転させることを順回転させると称し、筒Ｗ１を反時計回り（ＣＣＷ、counterclockwise）方向に回転させることを逆回転させると称する。

【0055】

ここで、図４の（ｂ）に示すように、歯Ｔ１と歯Ｔ２とが重ならなくなると、負の力Ｆｚが検出されなくなる。コントローラ１４は、負の力Ｆｚが検出されなくなった時点で即座にロボットアーム１１の動作を停止させる。以上の工程を実施することにより、筒Ｗ１及び軸Ｗ２は、筒Ｗ１が軸Ｗ２に反噛合した状態になる。

【0056】

なお、軸Ｗ２の上端面及び筒Ｗ１の下端面に生じ得る損傷をできる限り低減するためには、筒Ｗ１を順回転させる場合に、筒Ｗ１を軸Ｗ２から離間させた状態（負の力Ｆｚが検出されない状態）で筒Ｗ１の順回転を実行するとよい。

【0057】

ただし、この方法を採用する場合、筒Ｗ１を順回転させている最中に力Ｆｚをモニターすることができないため、歯Ｔ１と歯Ｔ２とが重なっているのか否かをコントローラ１４が判定できない。したがって、この方法を採用する場合、以下の（１）～（３）の工程を繰り返すことが好ましい。（３）を実行したあとにおいて負の力Ｆｚが検出されない場合、コントローラ１４は、歯Ｔ１と歯Ｔ２とが重なっていないと判定することができる。（１）筒Ｗ１を上方に移動させることにより、筒Ｗ１を軸Ｗ２から離間させる、（２）筒Ｗ１を僅かな角度（例えば１°）だけ順回転させる、（３）側方から見た場合に、軸Ｗ２の上端部と筒Ｗ１の下端部とが僅かに重なる位置まで、筒Ｗ１を下方に移動させる。

【0058】

なお、半噛合工程Ｓ１１を実行する方法は、上述した方法に限定されるものではない。筒Ｗ１の歯Ｔ１を軸Ｗ２の歯Ｔ２に半噛合させる方法としては、例えば、撮像装置の一態様であるビジョンセンサを用いることもできるし、パソコン上でティーチングを行うオフラインティーチングを用いてもよい。

【0059】

＜第１回転工程＞
第１回転工程Ｓ１２において、コントローラ１４は、ロボットハンド１３を制御することにより、筒Ｗ１の歯Ｔ１が軸Ｗ２の歯Ｔ２に接触するまで、筒Ｗ１を順回転させる（図４の（ｃ）参照）。筒Ｗ１を順回転させることにより歯Ｔ１が歯Ｔ２に接触した場合、力覚センサ１２は、反時計回り方向のモーメントＭｚ（以下において負のモーメントＭｚ）を検出する。

【0060】

コントローラ１４は、力覚センサ１２の出力センサを参照している。コントローラ１４は、第１回転工程Ｓ１２において負のモーメントＭｚを表す出力信号を取得した場合、ロボットハンド１３を制御することにより、即座に筒Ｗ１の順回転を停止する。また、ロボットハンド１３は、この時点におけるロボットハンド１３における３方チャックの回転角θ１を表す回転角信号をコントローラ１４に提供する。

【0061】

＜第２回転工程＞
第２回転工程Ｓ１３において、コントローラ１４は、ロボットハンド１３を制御することにより、筒Ｗ１の歯Ｔ１が軸Ｗ２の歯Ｔ２に接触するまで、筒Ｗ１を逆回転させる（図４の（ｄ）参照）。筒Ｗ１を順回転させることにより歯Ｔ１が歯Ｔ２に接触した場合、力覚センサ１２は、時計回り方向のモーメントＭｚ（以下において正のモーメントＭｚ）を検出する。

【0062】

コントローラ１４は、力覚センサ１２の出力センサを参照している。コントローラ１４は、第２回転工程Ｓ１３において正のモーメントＭｚを表す出力信号を取得した場合、ロボットハンド１３を制御することにより、即座に筒Ｗ１の逆回転を停止する。また、ロボットハンド１３は、この時点におけるロボットハンド１３における３方チャックの回転角θ２を表す回転角信号をコントローラ１４に提供する。

【0063】

＜第３回転工程＞
第３回転工程Ｓ１４において、コントローラ１４は、ロボットハンド１３を制御することにより、第２回転工程Ｓ１３において筒Ｗ１を逆回転させる際の回転角よりも小さい回転角だけ、筒Ｗ１を順回転させる（図４の（ｅ）参照）。また、第３回転工程Ｓ１４において筒Ｗ１を順回転させる際の回転角は、第２回転工程Ｓ１３において筒Ｗ１を逆回転させる際の回転角の１／２であることが好ましい。

【0064】

コントローラ１４は、ロボットハンド１３から取得した回転角信号が表す回転角θ１及び回転角θ２を取得し、回転角θ１と回転角θ２との差分を取ることにより第２回転工程Ｓ１３において筒Ｗ１を逆回転させる際の回転角を算出する。これにより、反噛合の状態において、歯Ｔ１と歯Ｔ２とが接触しない状態を実現することができる。すなわち、反噛合の状態において、筒Ｗ１及び軸Ｗ２において位相を合わせることができる。

【0065】

＜並進工程＞
並進工程Ｓ１５において、コントローラ１４は、ロボットアーム１１を制御することにより、筒Ｗ１を並進させ、筒Ｗ１を軸Ｗ２に全噛合させる（図４の（ｆ）参照）。

【0066】

具体的には、コントローラ１４は、側方から見た場合に、軸Ｗ２が筒Ｗ１の内部に収容される位置（筒Ｗ１の上端面と軸Ｗ２の上端面とが一致する位置）まで、筒Ｗ１を鉛直下向き（図１に図示した座標系ではｚ軸正方向、図３においては紙面の奥に向かう方向）に並進させる。

【0067】

噛合方法Ｍ１では、半噛合工程Ｓ１１を実行することにより軸心Ｃ１の位置及び向きと、軸心Ｃ２の位置及び向きとを一致させることができる。また、噛合方法Ｍ１では、第１回転工程Ｓ１２～第３回転工程Ｓ１４を実行することにより、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の位相を合わせることができる。したがって、並進工程Ｓ１５では、筒Ｗ１を並進させるだけで、筒Ｗ１と軸Ｗ２とを全噛合させることができる。

【0068】

〔噛合装置及び噛合方法の効果〕
噛合装置１によれば、筒Ｗ１が軸Ｗ２に半噛合した状態において、コントローラ１４が半噛合工程Ｓ１１、第１回転工程Ｓ１２、第２回転工程Ｓ１３、第３回転工程Ｓ１４、及び並進工程Ｓ１５を含む噛合方法Ｍ１を実行する。したがって、軸Ｗ２に筒Ｗ１が接触しないように位相合わせを実施することができる。

【0069】

第１回転工程Ｓ１２、第２回転工程Ｓ１３、及び、第３回転工程Ｓ１４においては、筒Ｗ１の歯Ｔ１が軸Ｗ２の歯Ｔ２に接触している場合における筒Ｗ１の回転角に基づいて位相合わせを実施する。したがって、噛合装置１及び噛合方法Ｍ１は、筒Ｗ１を含む画像及び軸Ｗ２を含む画像に頼ることなく位相合わせを実施することができる。

【0070】

また、コントローラ１４が並進工程Ｓ１５を実施することにより、軸Ｗ２に筒Ｗ１が接触しない状態で筒Ｗ１を並進させ、筒Ｗ１を軸Ｗ２に全噛合させることができる。このように、噛合装置１及び噛合方法Ｍ１は、筒Ｗ１の歯Ｔ１が軸Ｗ２の歯Ｔ２に接触していない状態で、筒Ｗ１及び軸Ｗ２を半噛合の状態から全噛合の状態に遷移させることができる。したがって、噛合装置１及び噛合方法Ｍ１は、歯Ｔ１及び歯Ｔ２に損傷が生じたり（あるいは傷が付いたり）、咬み込んだりする可能性を低減するという副次的な効果を奏する。

【0071】

また、第３回転工程Ｓ１４における筒Ｗ１を順回転させる際の回転角が、第２回転工程Ｓ１３において筒Ｗ１を逆回転させる際の回転角の１／２であることにより、半噛合の状態における歯Ｔ１と歯Ｔ２との間隔を最大化することができる。すなわち、反噛合の状態において、筒Ｗ１及び軸Ｗ２において位相を一致させることができる。図４の（ｅ）には、筒Ｗ１及び軸Ｗ２の位相が一致した状態を図示している。

【0072】

また、噛合装置１は、ロボットアーム１１とロボットハンド１３との間に介在する力覚センサ１２を備えている。噛合装置１において、コントローラ１４は、第１回転工程Ｓ１２及び第２回転工程Ｓ１３において、筒Ｗ１の歯Ｔ１が軸Ｗ２の歯Ｔ２に接触したことを、力覚センサ１２の出力信号を参照して特定することが好ましい。これにより、コントローラ１４は、歯Ｔ１が歯Ｔ２に接触したことを、筒Ｗ１を含む画像及び軸Ｗ２を含む画像に頼らなくても確実に検出することができる。

【0073】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１ 噛合装置
１１ ロボットアーム
１２ 力覚センサ
１３ ロボットハンド
１４ コントローラ
Ｗ１ 筒（第１ギア）
Ｃ１ 軸心
Ｔ１ 歯（第１ギヤの歯）
Ｗ２ 軸（第２ギヤ）
Ｃ２ 軸心
Ｔ２ 歯（第２ギヤの歯）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】