特開 2024-172107 回転体への対象物挿入方法およびロボットシステム

(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】P2024172107

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】回転体への対象物挿入方法およびロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089629

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】田口 誠

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS07

3C707BS12

3C707BS15

3C707BS26

3C707BT06

3C707CT05

3C707CV06

3C707CX01

3C707CX03

3C707DS01

3C707ES03

3C707FS01

3C707FS06

3C707HS27

3C707HT25

3C707HT26

3C707KS34

3C707KS35

3C707KT01

3C707KW03

3C707KX07

(57)【要約】

【課題】回転体の回転を止めることなく対象物の挿入作業を効率よく行い得る回転体への対象物挿入方法およびロボットシステムを提供すること。
【解決手段】ロボットアームを備えるロボットを用い、前記ロボットアームに把持されている対象物を、回転している回転体の被挿入部に挿入する方法であって、前記ロボットが、前記回転体の回転に前記対象物を追従させる追従制御により、前記対象物を移動させる動作を行いながら、前記対象物が前記回転体から受ける力に基づく力制御により、前記対象物を前記被挿入部に挿入する動作を行うことを特徴とする回転体への対象物挿入方法。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームを備えるロボットを用い、前記ロボットアームに把持されている対象物を、回転している回転体の被挿入部に挿入する方法であって、
前記ロボットが、前記回転体の回転に前記対象物を追従させる追従制御により、前記対象物を移動させる動作を行いながら、前記対象物が前記回転体から受ける力に基づく力制御により、前記対象物を前記被挿入部に挿入する動作を行うことを特徴とする回転体への対象物挿入方法。

【請求項2】

前記力制御は、前記被挿入部の被挿入軸に平行な方向の並進力が一定になるように、前記対象物を前記回転体に押し付ける定荷重制御を含む請求項１に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項3】

前記力制御は、前記被挿入部の被挿入軸に交差する方向の並進力がゼロに近づくように、前記対象物を前記被挿入部に倣わせる第１倣い制御を含む請求項１に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項4】

前記力制御は、前記対象物が受けるトルクがゼロに近づくように、前記対象物を前記被挿入部に倣わせる第２倣い制御を含む請求項１に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項5】

前記被挿入部の被挿入軸は、前記回転体の回転軸に対して交差している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項6】

前記回転体は、複数の前記被挿入部を備えており、
前記被挿入部の被挿入軸と前記回転軸との交差角度は、前記被挿入部同士で互いに異なっている請求項５に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項7】

前記対象物を挿入する動作は、前記対象物が受ける力に基づいて、前記対象物の挿入が完了したことを検出する処理を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項8】

前記対象物の挿入軸に直交する平面による前記対象物の断面形状は、非等方形状である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転体への対象物挿入方法。

【請求項9】

回転している回転体の被挿入部に対象物を挿入するロボットシステムであって、
前記対象物を把持する把持部、前記対象物が前記回転体から受ける力を検出する力検出部および前記把持部が取り付けられているロボットアームを備えるロボットと、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転体の回転に前記対象物を追従させる追従制御により、前記対象物を移動させる追従制御部と、
前記対象物が前記回転体から受ける力に基づく力制御により、前記対象物を前記被挿入部に挿入させる力制御部と、
を有することを特徴とするロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転体への対象物挿入方法およびロボットシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、各種の生産現場においてロボットの導入が検討されている。例えば、特許文献１に記載の飛出し玩具は、飛出し部材と、飛出し部材の装填部および複数の差込み孔が設けられた筐体と、差込み孔に差し込まれる差込み物と、を備える玩具である。この玩具は、複数の差込み孔のうち、所定の１つに差込み物を差し込んだとき、飛出し部材が飛び出すように構成されている。このため、玩具の製造、検査、展示、販売等の各過程では、差込み孔に差込み物を差し込む作業が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０６２０６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロボット等を用いて上記の差し込む作業を自動化することは、各過程の作業効率を高める上で有用である。しかしながら、特許文献１に記載の玩具では、差込み孔に対して差込み物を正対させる必要がある。したがって、ロボット等に保持させた差込み物を大きく移動させる必要があり、作業に時間がかかる。

【0005】

一方、特許文献１に記載の飛出し玩具では、筐体が樽状をなしている。そして、筐体の周壁の円周方向において所定の間隔で差込み孔が設けられている。このため、差込み孔に差込み物を差し込む作業は、筐体を中心軸まわりに回しながら行えば、作業効率を容易に高められる。ところが、このように回転している筐体に対して差込み物を差し込む作業を自動化することは、これまで検討されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の適用例に係る回転体への対象物挿入方法は、
ロボットアームを備えるロボットを用い、前記ロボットアームに把持されている対象物を、回転している回転体の被挿入部に挿入する方法であって、
前記ロボットが、前記回転体の回転に前記対象物を追従させる追従制御により、前記対象物を移動させる動作を行いながら、前記対象物が前記回転体から受ける力に基づく力制御により、前記対象物を前記被挿入部に挿入する動作を行う。

【0007】

本発明の適用例に係るロボットシステムは、
回転している回転体の被挿入部に対象物を挿入するロボットシステムであって、
前記対象物を把持する把持部、前記対象物が前記回転体から受ける力を検出する力検出部および前記把持部が取り付けられているロボットアームを備えるロボットと、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転体の回転に前記対象物を追従させる追従制御により、前記対象物を移動させる追従制御部と、
前記対象物が前記回転体から受ける力に基づく力制御により、前記対象物を前記被挿入部に挿入させる力制御部と、
を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るロボットシステムの構成の一例を示す斜視図である。

【図2】図１に示すロボットシステムを用いて回転している回転体に対象物を挿入する方法（実施形態に係る回転体への対象物挿入方法）を説明するための平面図である。

【図3】図１に示すロボットシステムの機能ブロック図である。

【図4】実施形態に係る回転体への対象物挿入方法の構成を示すフローチャートである。

【図5】図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための平面図である。

【図6】図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための平面図である。

【図7】図２の断面図であって、図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。

【図8】図５の断面図であって、図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。

【図9】図６の断面図であって、図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。

【図10】第１変形例に係る回転体への対象物挿入方法を説明するための側面図である。

【図11】第２変形例に係る回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の回転体への対象物挿入方法およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0010】

１．ロボットシステム
まず、実施形態に係るロボットシステムについて説明する。

【0011】

図１は、実施形態に係るロボットシステム１００の構成の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステム１００を用いて回転している回転体８に対象物８２を挿入する方法（実施形態に係る回転体への対象物挿入方法）を説明するための平面図である。

【0012】

なお、本願の各図では、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定している。各軸を矢印で表し、矢印の先端側を「プラス」、矢印の基端側を「マイナス」とする。以下の説明で、例えば「Ｘ軸方向」とは、Ｘ軸のプラス方向およびマイナス方向の双方を含む。Ｙ軸方向およびＺ軸方向も同様である。また、以下の説明では、特に、Ｚ軸プラス側を「上方」ともいい、Ｚ軸マイナス側を「下方」ともいう。

【0013】

図１に示すロボットシステム１００は、回転台９上に載置された回転体８に対し、対象物８２を挿入する作業を行う。図１および図２に示す回転体８は、Ｚ軸と平行な中心軸を有する円柱状をなしている。なお、回転体８の形状は、円柱状に限定されず、いかなる形状であってもよい。例えば、回転体８の外側面が湾曲して樽のような形状をなしていてもよいし、底面の形状が六角形、八角形のような各種の多角形であってもよいし、底面の形状が楕円、長円のような各種の円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、回転体８は、柱状以外の形状、例えば、内部が空洞な筒状であってもよいし、円錐、角錐のような錐状であってもよいし、内部が空洞な錐状であってもよい。

【0014】

回転体８の外側面８０には、複数の被挿入部８１が設けられている。図１および図２に示す被挿入部８１は、被挿入軸ＡＸ２に沿って延在し、外側面８０に開口する円柱状の穴である。被挿入軸ＡＸ２とは、被挿入部８１に対象物８２を挿入するとき、対象物８２を沿わせる軸を指す。開口の形状は、円である。ロボットシステム１００は、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に沿って、対象物８２を挿入する。以下、対象物８２を挿入する作業を「対象物挿入作業」という。被挿入部８１の開口は、外側面８０の周方向に沿って等間隔に並んでいる。なお、被挿入部８１の形状や配置は、特に限定されない。例えば、被挿入部８１は、後述するように、円柱状以外の形状をなしていてもよい。また、被挿入部８１は、図２に示す有底の穴の他、貫通孔であってもよい。さらに、図１に示す被挿入部８１の開口は、閉じた形状（円形）になっているが、これに限定されず、一部が開いた形状になっていてもよい。また、被挿入部８１の配置は、不等間隔であってもよいし、周方向だけでなく、軸方向にも並んでいてもよい。

【0015】

図１に示すロボットシステム１００は、ロボット１と、カメラ４と、制御装置５と、を備える。ロボット１は、把持部１７、力覚センサー３（力検出部）およびロボットアーム１０を備える。カメラ４は、回転台９によって回転させられる回転体８の外側面８０を撮像する。制御装置５は、ロボット１の動作を制御し、前述した対象物挿入作業を行わせる。具体的には、ロボットアーム１０に取り付けられた把持部１７に対象物８２を把持させた状態で、力覚センサー３が検出した力の向きや大きさに基づいてロボットアーム１０の姿勢を変化させることにより、対象物８２が被挿入部８１に挿入される。

【0016】

回転台９上に載置された回転体８は、その中心軸が回転軸ＡＸ１となって、例えば図１に矢印Ｒ０で示すように回転する。このため、回転体８の外側面８０のうち、ロボットシステム１００が対象物挿入作業を行い得る角度範囲を「作業範囲Ｒ１」とするとき、回転体８の回転に伴って、異なる被挿入部８１が次々と作業範囲Ｒ１に入ることになる。したがって、作業範囲Ｒ１に入った被挿入部８１に対してロボットシステム１００が対象物挿入作業を行うことにより、ロボットアーム１０の姿勢変化を少なく抑えることができる。これにより、対象物挿入作業のサイクルタイムの短縮を図り、対象物挿入作業を効率よく行うことができる。

【0017】

回転台９は、所定の回転速度で回転する回転テーブル９１と、回転テーブル９１の回転速度を検出するエンコーダー９３と、を備える。エンコーダー９３は、例えば、回転テーブル９１の回転軸やモーター等に取り付けられたロータリーエンコーダーである。エンコーダー９３で検出された回転速度等の回転情報は、制御装置５に出力される。制御装置５は、回転情報に基づいて、回転テーブル９１上に載置されている回転体８の被挿入部８１の位置を推定する。なお、回転台９は、必要に応じて設けられればよく、回転体８自体が回転する機能を有している場合には、省略されていてもよい。また、回転台９は、例えば回転体８を上方から吊り下げた状態で回転させる機器等でも代替可能である。

【0018】

１．１．ロボット
図１に示すロボット１は、一例として、６軸の垂直多関節ロボットである。なお、ロボット１は、水平多関節ロボット（スカラロボット）であってもよいし、双腕型の多関節ロボットであってもよい。

【0019】

図１に示すロボット１は、基台１１０と、ロボットアーム１０と、把持部１７と、力覚センサー３（力検出部）と、を備える。

【0020】

基台１１０は、ロボットアーム１０を設置箇所に取り付ける部分である。本実施形態では、基台１１０が床に設置されている。なお、基台１１０の設置箇所は、床等に限定されず、例えば、壁、天井、架台上、移動可能な台車上等であってもよい。

【0021】

ロボットアーム１０は、アーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５、アーム１６を有する。これらアーム１１～アーム１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。アーム１１～アーム１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。アーム１６は、円盤状をなし、アーム１５に対して軸Ｏ６まわりに回動可動になっている。

【0022】

ロボット１は、アーム同士の関節部またはアームと基台１１０との関節部に設けられた、図示しない駆動部を有する。この駆動部は、モーターおよび減速機等を備える。モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターが挙げられる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等が挙げられる。また、ロボット１は、モーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する、図示しない角度センサーを有する。角度センサーとしては、例えば、ロータリーエンコーダー等が挙げられる。これらの駆動部および角度センサーは、例えば各関節部に設けられている。駆動部の動作は、角度センサーによる検出結果に基づいて、制御装置５により制御される。

【0023】

１．２．把持部
ロボットアーム１０には、図１に示すように、力覚センサー３を介して把持部１７が取り付けられている。把持部１７は、対象物８２を把持する機能を有する。

【0024】

図１に示す把持部１７は、一対のチャック１７１、１７１を有する。チャック１７１同士の間隔を調整することにより、把持部１７で対象物８２を把持することができる。なお、把持部１７の構成は、これに限定されず、対象物８２を把持可能な任意の構成であればよい。例えば、把持部１７は、真空吸着、磁気吸着等の吸着機構によって対象物８２を把持するように構成されていてもよい。

【0025】

１．３．力覚センサー
力覚センサー３は、例えば対象物８２を介して把持部１７に加わる力を検出する。この力には、並進力およびトルク（モーメント）等の力成分が含まれる。力覚センサー３は、例えば、６軸力覚センサーや３軸力覚センサー等で構成される。力覚センサー３が検出した力検出情報は、制御装置５に出力される。制御装置５では、力検出情報に基づいて、把持部１７が受ける各方向の力成分を算出する。

【0026】

１．４．カメラ
カメラ４は、回転する回転体８を撮像する。カメラ４は、例えば、被挿入部８１の開口を含む平面上に配置されている。なお、カメラ４の配置は、これに限定されない。カメラ４が撮像した画像は、制御装置５に出力される。制御装置５では、画像に基づいて、回転体８における被挿入部８１の位置を検出する。

【0027】

なお、カメラ４は、図１とは異なる場所、例えばロボットアーム１０に取り付けられていてもよいし、ロボットアーム１０や回転台９から離れた床や壁、天井等に取り付けられていてもよい。

【0028】

カメラ４は、モノクロカメラであっても、カラーカメラであっても、分光カメラであってもよい。また、カメラ４は、深度情報を取得可能な３次元カメラであってもよい。さらに、カメラ４に代えて、被挿入部８１を検出可能なセンサー、例えば、近接センサー、距離センサー等の各種物体検出センサーを用いるようにしてもよい。

【0029】

１．５．制御装置
制御装置５は、ロボット１やそれに取り付けられた各部の動作を制御する機能を有する。

【0030】

図３は、図１に示すロボットシステム１００の機能ブロック図である。
図３に示すように、ロボットシステム１００が備える制御装置５は、機能部として、ロボット制御部５０、被挿入部検出部５２および対象物検出部５３を有する。

【0031】

ロボット制御部５０は、ロボットアーム１０の姿勢を制御し、把持部１７の位置および姿勢を制御する。ロボット制御部５０は、位置制御部５０１、力制御部５０２、追従制御部５０３および把持制御部５０４を有する。

【0032】

位置制御部５０１は、把持部１７を目標の位置に配置するように、ロボット１の動作を制御する位置制御を行う。位置制御は、目標の位置と、把持部１７の現在位置と、に基づいて、ロボット１の動作を制御する制御方式である。

【0033】

力制御部５０２は、力検出情報に基づいて、ロボット１の動作を制御する力制御を行う。力制御としては、例えば、フォーストリガー制御、インピーダンス制御等がある。

【0034】

このうち、フォーストリガー制御は、例えば定荷重制御を含む。この定荷重制御としては、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に平行な方向の並進力が一定になるように、対象物８２を被挿入部８１に押し付ける制御方式が挙げられる。この制御方式によれば、対象物８２を被挿入部８１に挿入するときに必要な荷重を適切に加え続けることができる。これにより、対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。被挿入軸ＡＸ２に平行な方向とは、被挿入軸ＡＸ２からの離角が１０°以下である方向を指す。

【0035】

また、インピーダンス制御は、例えば倣い制御を含む。この倣い制御としては、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に交差する方向の並進力がゼロに近づくように、対象物８２を被挿入部８１に倣わせる制御方式が挙げられる。この制御方式によれば、対象物８２を被挿入部８１に挿入するとき、両者を円滑に摺動させることができる。これにより、対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。被挿入軸ＡＸ２に交差する方向とは、被挿入軸ＡＸ２との交差角が０°超である方向であるが、６０°以上９０°以下である方向が好ましい。また、ゼロに近づける並進力は、好ましくは、被挿入軸ＡＸ２と直交する方向の並進力であるのが好ましい。

【0036】

なお、力制御部５０２は、上記の定荷重制御および倣い制御を併用するように力制御を行ってもよい。この場合、対象物８２の挿入作業を特に効率よく行うことができる。

【0037】

追従制御部５０３は、エンコーダー９３から出力される回転情報および被挿入部検出部５２から出力される被挿入部検出情報に基づいて、回転している被挿入部８１の位置を推定する。そして、追従制御部５０３は、被挿入部８１の回転速度と同じ速度で把持部１７を回転軸ＡＸ１まわりの周方向に移動させる。これにより、把持部１７が把持する対象物８２を、被挿入部８１に追従させる追従制御を行うことができる。

【0038】

把持制御部５０４は、対象物検出部５３から出力される対象物検出情報に基づいて、把持部１７による対象物８２の把持動作を制御する。

【0039】

被挿入部検出部５２は、カメラ４が撮像した画像に基づいて、被挿入部８１の位置を検出する。検出した被挿入部８１の位置は、被挿入部検出情報としてロボット制御部５０に出力される。

【0040】

対象物検出部５３は、カメラ４が撮像した画像に基づいて、対象物８２の位置を検出する。検出した対象物８２の位置は、対象物検出情報としてロボット制御部５０に出力される。

【0041】

なお、制御装置５の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、ストックされている対象物８２を把持部１７に把持させる機構が設けられている場合には、対象物８２の位置を検出する必要がないため、対象物検出部５３が省略されていてもよい。

【0042】

２．回転体への対象物挿入方法
次に、実施形態に係る回転体への対象物挿入方法について説明する。なお、以下の説明では、前述したロボットシステム１００を用いて回転体８の被挿入部８１に対象物８２を挿入する方法を例に説明するが、回転体への対象物挿入方法は、ロボットシステム１００以外の装置を用いた方法であってもよい。

【0043】

図４は、実施形態に係る回転体への対象物挿入方法の構成を示すフローチャートである。図５および図６は、図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための平面図である。

【0044】

図４に示すステップＳ１０２では、図２に示すように、把持部１７が対象物８２を把持する。制御装置５の対象物検出部５３は、図１に示すようにストックされている対象物８２を検出する。この検出は、例えば、カメラ４が取得した画像やその他のセンサーから出力された信号等に基づいて行うことができる。そして、検出した対象物８２の位置に基づいて、位置制御部５０１がロボットアーム１０により把持部１７を移動させ、把持制御部５０４が対象物８２の１つを把持部１７に把持させる。

【0045】

ステップＳ１０４では、把持部１７が待機位置に移動する。待機位置としては、特に限定されないが、例えば、対象物８２がストックされている位置と、把持部１７が対象物８２の挿入作業を行う作業範囲Ｒ１と、の間にある任意の位置が挙げられる。

【0046】

ステップＳ１０６では、回転体８の被挿入部８１が作業範囲Ｒ１に入るまで待機する。なお、被挿入部８１の現在位置は、例えばカメラ４が取得した画像に基づいて制御装置５の被挿入部検出部５２が検出する初期位置、および、エンコーダー９３から出力された搬送情報による初期位置からの回転角度に基づいて算出できる。

【0047】

ステップＳ１０８では、図２に示すように、被挿入部８１が作業範囲Ｒ１に入ったタイミングで、把持部１７が被挿入部８１の開口部付近に移動する。なお、把持部１７が移動するタイミングは、これに限定されない。例えば、ステップＳ１０６における待機位置が開口部付近であってもよい。

【0048】

ステップＳ１１０では、図２に矢印ＴＲで示すように、把持部１７で把持している対象物８２を被挿入部８１に追従させる。そして、図５に示すように、把持部１７が把持している対象物８２を被挿入部８１に挿入する作業を開始する。なお、対象物８２を挿入する作業を開始するよりも前に、被挿入部８１に対する対象物８２の追従を開始するのが好ましい。これにより、回転体８が回転していて、被挿入部８１が移動している最中であっても、対象物８２の挿入作業をより円滑に行うことができる。

【0049】

図７、図８および図９は、図２、図５および図６の断面図であって、図４に示す回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。なお、図７～図９では、被挿入軸ＡＸ２と平行な軸をｚ軸とし、互いに直交するとともにｚ軸と直交する２つの軸をｘ軸およびｙ軸とする。そして、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と平行な方向の並進力をＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとし、ｘ軸まわり、ｙ軸まわりおよびｚ軸まわりのトルクをＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚとする。

【0050】

対象物８２の挿入作業は、例えば、図７～図９に基づき、以下の順序で行う。
まず、被挿入部８１の現在位置およびエンコーダー９３から出力された搬送情報に基づいて、追従制御部５０３が、把持部１７を被挿入部８１に追従させるようにロボット１の動作を制御する。本明細書では、この制御を「追従制御」という。追従制御では、対象物８２の位置を変化させるだけでなく、姿勢も変化させることが好ましい。例えば、対象物８２が柱状体である場合、その軸と、回転している回転体８の被挿入軸ＡＸ２と、が常に平行になるように、対象物８２の姿勢を変化させることが好ましい。この追従制御は、ステップＳ１１２が終了するまで継続させることが好ましい。

【0051】

次に、位置制御部５０１が、位置制御により、図７に示すように、把持部１７を被挿入部８１に近づける。そして、所定の距離まで近づいたら、力制御部５０２が、力制御により、図８に示すように、被挿入部８１への対象物８２の挿入を開始する。具体的には、前述した定荷重制御により、対象物８２を被挿入部８１に押し付ける。定荷重制御は、図８に示す、被挿入軸ＡＸ２に平行な方向の並進力Ｆｚが一定になるように、対象物８２を回転体８に押し付ける制御である。そうすると、対象物８２が被挿入部８１に挿入され始める。その後、前述した倣い制御により、対象物８２を被挿入部８１の内壁面に倣わせる。倣い制御としては、例えば、被挿入軸ＡＸ２に交差する方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙがゼロに近づくように、対象物８２を被挿入部８１に倣わせる第１倣い制御、および、対象物８２が受けるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚがゼロに近づくように、対象物８２を被挿入部８１に倣わせる第２倣い制御が挙げられる。これらの倣い制御により、対象物８２の挿入作業を円滑に行うことができる。

【0052】

ステップＳ１１２では、力覚センサー３から出力される力検出情報に基づいて、対象物８２を挿入する作業を完了する。完了とは、図６および図９に示すように、対象物８２を目的の位置まで挿入し終えることをいう。具体的には、対象物８２を挿入していくと、例えば図６および図９に示すように、対象物８２の先端が被挿入部８１の奥部に突き当たる。本明細書では、この位置を「目的の位置」とする。なお、目的の位置は、これに限定されない。対象物８２がこのような目的の位置に到達した場合、対象物８２が受ける並進力Ｆｚが大きくなる。したがって、ステップＳ１１２では、対象物８２が受ける力に基づいて、対象物８２の挿入が完了したことを検出する処理を含むことが好ましい。このような処理を行うことにより、対象物８２の挿入が確実に完了していることを確認できるので、未完了の状態で作業を終えてしまうおそれがなくなり、作業の成功率を高めることができる。作業が完了したら、把持部１７は、対象物８２の把持を解除し、待機位置に戻る。

【0053】

以上のような回転体８への対象物８２の挿入方法によれば、回転体８の回転を停止することなく、対象物８２を被挿入部８１に追従させながら、被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を行うことができる。このため、作業範囲Ｒ１に次々と現れる被挿入部８１に対し、対象物８２を次々に挿入することができ、作業効率を高めやすい。また、追従制御により、被挿入軸ＡＸ２と対象物８２の軸とを容易に合わせることができるので、円滑な挿入作業が可能になる。これにより、作業不良の発生を抑制することができる。

【0054】

このような回転体への対象物挿入方法は、例えば、回転体や対象物の検査、回転体や対象物の動態展示、回転体に対する対象物の組み立て等に適用できる。また、回転体や対象物としては、例えば、機械部品、構造部品、電子部品、玩具、工芸品等が挙げられる。

【0055】

３．回転体への対象物挿入方法の変形例
次に、前記実施形態に係る回転体への対象物挿入方法の変形例について説明する。

【0056】

３．１．第１変形例
図１０は、第１変形例に係る回転体への対象物挿入方法を説明するための側面図である。なお、図１０において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0057】

以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態と異なる事項について説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

【0058】

第１変形例に係る回転体への対象物挿入方法は、被挿入部８１の形状および対象物８２の形状が異なる以外、前記実施形態に係る回転体への対象物挿入方法と同様である。

【0059】

図１０に示す被挿入部８１は、外側面８０に開口する角柱状の穴である。開口の形状は、長方形である。なお、開口の形状は、特に限定されず、前記実施形態における真円の他、楕円、長円のような他の円形、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形のような多角形、その他の形状であってもよい。

【0060】

また、開口の形状が、真円のような等方形状ではなく、正方形や長方形のような非等方形状である場合、被挿入部検出部５２は、被挿入部８１の位置だけでなく、開口の形状も検出するようになっていてもよい。検出した被挿入部８１の開口の形状は、被挿入部検出情報としてロボット制御部５０に出力される。

【0061】

図１０に示す対象物８２は、その挿入軸ＡＸ３を、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に対して平行にした状態で、挿入作業に供される。挿入軸ＡＸ３は、対象物８２の例えば長軸である。図１０では、挿入軸ＡＸ３に直交する平面による対象物８２の断面形状が、長方形である。なお、この断面形状は、特に限定されず、前記実施形態における真円の他、楕円、長円のような他の円形、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形のような多角形、その他の形状であってもよい。

【0062】

また、断面形状が、真円のような等方形状ではなく、正方形や長方形のような非等方形状である場合、対象物検出部５３は、対象物８２の形状も検出するようになっていてもよい。検出した対象物８２の形状は、対象物検出情報としてロボット制御部５０に出力される。

【0063】

本変形例では、ロボットアーム１０を用いることで、被挿入部８１の開口の形状に合わせて、対象物８２の姿勢を変化させることができる。このため、被挿入部８１の開口の形状や対象物８２の断面形状によらず、被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。

【0064】

３．２．第２変形例
図１１は、第２変形例に係る回転体への対象物挿入方法を説明するための断面図である。なお、図１１において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0065】

以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態と異なる事項について説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

【0066】

第２変形例に係る回転体への対象物挿入方法は、被挿入部８１の配置が異なる以外、前記実施形態に係る回転体への対象物挿入方法と同様である。

【0067】

図１１に示す被挿入部８１は、回転体８の周方向だけでなく、軸方向にも並ぶように配置されている。また、軸方向に並ぶ被挿入部８１は、被挿入軸ＡＸ２と回転軸ＡＸ１との交差角度θが、被挿入部８１同士で互いに同じであってもよいが、図１１に示すように互いに異なっていてもよい。図１１に示す被挿入部８１ａの被挿入軸ＡＸ２と回転軸ＡＸ１との交差角度θは、９０°である。図１１に示す被挿入部８１ｂは、回転軸ＡＸ１の軸方向に沿って被挿入部８１ａの上方に位置している。被挿入部８１ｂの被挿入軸ＡＸ２と回転軸ＡＸ１との交差角度θは、９０°未満である。図１１に示す被挿入部８１ｃは、回転軸ＡＸ１の軸方向に沿って被挿入部８１ａの下方に位置している。被挿入部８１ｃの被挿入軸ＡＸ２と回転軸ＡＸ１との交差角度θは、９０°超である。

【0068】

本変形例では、ロボットアーム１０を用いることで、対象物８２の姿勢を容易に変化させることができる。このため、交差角度θによらず、被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。
以上のような変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。

【0069】

４．前記実施形態およびその変形例が奏する効果
以上のように、前記実施形態およびその変形例に係る回転体への対象物挿入方法は、ロボットアーム１０を備えるロボット１を用い、ロボットアーム１０に把持されている対象物８２を、回転している回転体８の被挿入部８１に挿入する方法である。この回転体８への対象物８２の挿入方法は、ロボット１が、追従制御により、対象物８２を移動させる動作を行いながら、力制御により、対象物８２を被挿入部８１に挿入する動作を行う。追従制御は、回転体８の回転に対象物８２を追従させる制御方式である。力制御は、対象物８２が回転体８から受ける力に基づく制御方式である。

【0070】

このような構成によれば、回転体８の回転を止めることなく、対象物８２を被挿入部８１に追従させながら、被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を行うことができる。このため、作業範囲Ｒ１に次々と現れる被挿入部８１に順次、対象物８２の挿入作業を行うことができるので、作業効率を容易に高めることができる。

【0071】

また、力制御は、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に平行な方向の並進力が一定になるように、対象物８２を回転体８に押し付ける定荷重制御を含んでいてもよい。

【0072】

このような構成によれば、対象物８２を被挿入部８１に挿入するときに必要な荷重を適切に加え続けることができる。これにより、対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。

【0073】

また、力制御は、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２に交差する方向の並進力がゼロに近づくように、対象物８２を被挿入部８１に倣わせる第１倣い制御を含んでいてもよい。
このような構成によれば、対象物８２の挿入作業を円滑に行うことができる。

【0074】

また、力制御は、対象物８２が受けるトルクがゼロに近づくように、対象物８２を被挿入部８１に倣わせる第２倣い制御を含んでいてもよい。
このような構成によれば、対象物８２の挿入作業を円滑に行うことができる。

【0075】

また、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２は、回転体８の回転軸ＡＸ１に対して交差していてもよい。

【0076】

このような被挿入部８１を有する回転体８は、回転に伴って被挿入部８１の開口が移動することになる。前記実施形態またはその変形例に係る回転体への対象物挿入方法によれば、そのような被挿入部８１に対しても、追従制御によって対象物８２の挿入作業が可能になる。

【0077】

なお、被挿入軸ＡＸ２は、必ずしも回転軸ＡＸ１と交差していなくてもよい。つまり、回転体への対象物挿入方法は、被挿入軸ＡＸ２が回転軸ＡＸ１と平行な被挿入部８１に対して対象物８２を挿入する方法であってもよい。

【0078】

また、回転体８は、複数の被挿入部８１を備えていてもよい。この場合、被挿入部８１の被挿入軸ＡＸ２と回転軸ＡＸ１との交差角度θは、被挿入部８１同士で互いに異なっていてもよい。

【0079】

前記実施形態またはその変形例に係る回転体への対象物挿入方法は、追従制御および力制御により作業を行うため、上記のような被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を効率よく行うことができる。

【0080】

また、対象物８２を挿入する動作は、対象物８２が受ける力に基づいて、対象物８２の挿入が完了したことを検出する処理を含んでいてもよい。

【0081】

このような構成によれば、対象物８２の挿入が確実に完了していることを確認できるので、未完了の状態で作業を終えてしまうおそれがなくなり、作業の成功率を高めることができる。

【0082】

また、対象物８２の挿入軸ＡＸ３に直交する平面による対象物８２の断面形状は、非等方形状であってもよい。

【0083】

前記実施形態またはその変形例に係る回転体への対象物挿入方法は、追従制御および力制御により作業を行うため、対象物８２の断面形状が上記のような非等方形状であっても、被挿入部８１に対する挿入作業を効率よく行うことができる。

【0084】

また、前記実施形態およびその変形例に係るロボットシステム１００は、回転している回転体８の被挿入部８１に対象物８２を挿入するロボットシステムであって、ロボット１と、制御装置５と、を備える。ロボット１は、対象物８２を把持する把持部１７、対象物８２が回転体８から受ける力を検出する力覚センサー３（力検出部）および把持部１７が取り付けられているロボットアーム１０を備える。制御装置５は、ロボット１の動作を制御する。そして、制御装置５は、追従制御部５０３と、力制御部５０２と、有する。追従制御部５０３は、回転体８の回転に対象物８２を追従させる追従制御により、対象物８２を移動させる。力制御部５０２は、対象物８２が回転体８から受ける力に基づく力制御により、対象物８２を被挿入部８１に挿入させる。

【0085】

このような構成によれば、回転体８の回転を止めることなく、対象物８２を被挿入部８１に追従させながら、被挿入部８１に対する対象物８２の挿入作業を行い得るロボットシステム１００を実現することができる。このようなロボットシステム１００によれば、作業範囲Ｒ１に次々と現れる被挿入部８１に順次、対象物８２の挿入作業を行うことができるので、作業効率を容易に高めることができる。

【0086】

以上、本発明に係る回転体への対象物挿入方法およびロボットシステムを図示の実施形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0087】

例えば、本発明に係る回転体への対象物挿入方法は、前記実施形態またはその変形例に任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。また、本発明に係るロボットシステムは、前記実施形態またはその変形例の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態またはその変形例に任意の構成物が付加されたものであってもよい。

【符号の説明】

【0088】

１…ロボット、３…力覚センサー、４…カメラ、５…制御装置、８…回転体、９…回転台、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…把持部、５０…ロボット制御部、５２…被挿入部検出部、５３…対象物検出部、８０…外側面、８１…被挿入部、８１ａ…被挿入部、８１ｂ…被挿入部、８１ｃ…被挿入部、８２…対象物、９１…回転テーブル、９３…エンコーダー、１００…ロボットシステム、１１０…基台、１７１…チャック、５０１…位置制御部、５０２…力制御部、５０３…追従制御部、５０４…把持制御部、ＡＸ１…回転軸、ＡＸ２…被挿入軸、ＡＸ３…挿入軸、Ｆｘ…並進力、Ｆｙ…並進力、Ｆｚ…並進力、Ｏ６…軸、Ｒ０…矢印、Ｒ１…作業範囲、Ｓ１０２…ステップ、Ｓ１０４…ステップ、Ｓ１０６…ステップ、Ｓ１０８…ステップ、Ｓ１１０…ステップ、Ｓ１１２…ステップ、ＴＲ…矢印、Ｔｘ…トルク、Ｔｙ…トルク、Ｔｚ…トルク、θ…交差角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】