JPH09136279A

JPH09136279A - 力制御ロボットを用いた位相合わせ嵌合方法

Info

Publication number: JPH09136279A
Application number: JP7319800A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Furukawa; 善久古川
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】位相合わせ動作や原位相復帰動作を伴う嵌合
作業を力制御ロボットを用いて行なうこと。【解決手段】ハーモニック駆動装置の組立を以下のシ
ーケンスで実行する。（１）アプローチ動作では、６軸
力センサ３を介して嵌合ワーク４を把持した力制御ロボ
ット１を被嵌合ワーク５に向けて移動させ、ウェーブジ
ェネレータ４１を開口部５３付近に到達させる。（２）
位相合わせ動作で、挿入軸方向への押し付け制御を維持
し、開口部５３内に予め設定された長さの挿入が行なわ
れるまでウェーブジェネレータ４１を挿入軸の回りで回
転させる。ウェーブジェネレータ４１の位相が挿入可能
な範囲（ａ）に入ると、開口部５３内へ進入が開始さ
れ、フレクスプライン５１が楕円形に変形し、長軸部で
サーキュラスプライン５２との間で歯係合が起る。必要
に応じて（３）原点復帰動作を行い、部品姿勢を元に戻
した上で（４）挿入動作に移行し、設定された長さだけ
更に開口部５３内に進入させ、所定時間の押し付けを行
なえば、嵌合作業は完了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット
（以下、単に「ロボット」と言う。）の技術に関し、更
に詳しく言えば、部品の組立等に際して位相合わせを要
する嵌合作業を力制御ロボットに実行させる為の方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】工場で行なわれる部品の組立工程には、
ワーク同士の嵌合作業が含まれていることが極めて多
い。ロボットを用いた嵌合作業に際しては、嵌合ワーク
をロボットに把持し、その一部（凸部など）または全部
を被嵌合ワークの収容部（凹部、開口部など）内に収容
することになる。嵌合動作中のロボットに対しては、力
制御の手法を適用してロボットに柔らかさを与えること
が出来る。これにより、被嵌合ワークに対する嵌合ワー
クの姿勢が、最適のものからある程度のずれていても、
ワーク間に働く外力を利用して円滑な嵌合が可能となる
ことも多い。

【０００３】しかし、組立ワークの種類によっては、被
嵌合ワークに対する嵌合側ワークの挿入軸回りの姿勢が
特定の角度範囲にない限り、嵌合作業の遂行が困難であ
るケースがある。そのようなケースに対しては、嵌合動
作の教示を正確に行なうことで対処すれば良いとも考え
られるが、被嵌合ワークの姿勢（特に、収容部の挿入軸
回りの姿勢）にばらつきがある場合や、ロボットの姿勢
が決まっても把持された嵌合ワークの姿勢（特に、被収
容部の挿入軸回りの姿勢）が決まらない場合には、対処
出来ない。

【０００４】そこで、個々のワーク対について、許容さ
れた角度範囲の相対姿勢が得られるように、挿入軸回り
の姿勢を調整する必要が生じる。このような調整は、
「位相合わせ」と呼ばれ、また、挿入軸回りの相対姿勢
乃至角度は、「位相」と呼ばれる。

【０００５】ところで、位相を揃えた状態でのワーク供
給が困難な嵌合作業については、被嵌合ワークへアプロ
ーチさせたロボットに、適正な位相合わせ動作を行なわ
せた上で、ワークの挿入を行なう一連のシーケンス、あ
るいは、更に位相を元に戻す動作（位相復帰）を位相合
わせ動作と挿入動作の間に追加したシーケンスを円滑に
実行させることは、従来のロボット制御技術では困難で
あるとされていた。そのため、このような位相合わせを
伴うような嵌合作業には、やむなく手作業が導入されて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、位相を揃えた状態でのワーク供給が困難な嵌合作業
について、被嵌合ワークへのアプローチ以後の動作、即
ち、位相合わせ動作を経てワーク挿入動作に至る一連の
シーケンス、あるいは、位相合わせ動作とワーク挿入動
作の間に更に位相を元に戻す原位相復帰動作を追加した
シーケンスをロボットに円滑に実行させることである。
また本発明は、このことを通して、嵌合作業を含むアプ
リケーションに対するロボットの適用能力の向上を図る
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、嵌合ワークを
把持した力制御ロボットに一連の動作シーケンスを実行
させることによって、嵌合に際して位相合わせを要求す
るワーク間の嵌合作業を実行させるようにしたものであ
り、その際、動作シーケンスに含まれる各動作に適合す
るように力制御条件を選びながら動作シーケンスを進行
させることによって、上記課題を解決可能としたもので
ある。

【０００８】位相合わせ嵌合の動作シーケンスには、少
なくとも、（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近さ
せ、位相合わせ開始可能な位置まで移動させるアプロー
チ動作と、（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押
し付けながら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作
と、（３）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付け
ながら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含まれてい
る。

【０００９】そして、これらアプローチ動作、位相合わ
せ動作及び挿入動作は、動作プログラムでパラメータに
より設定されており、動作シーケンスの進行に従って各
動作に適合した力制御条件の下で行なわれるように、動
作プログラムは動作シーケンスに含まれる各動作に関連
する命令に付属した力制御条件を記述するデータ配列を
含んでいる。

【００１０】ワークの種類などによって原位相復帰が必
要である場合には、動作シーケンスには、少なくとも、
（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近させ、位相合わ
せ開始可能な位置まで移動させるアプローチ動作と、
（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作と、（３）
嵌合ワークを挿入軸の回りで前記回転させて前記嵌合ワ
ークの姿勢を位相合わせ前の状態に復帰させる原位相復
帰動作と、（４）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押
し付けながら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含ま
れる。

【００１１】そして、これらアプローチ動作、位相合わ
せ動作、原位相復帰及び挿入動作は、動作プログラムで
パラメータにより設定される。動作プログラムは、動作
シーケンスの進行に従って各動作に適合した力制御条件
の下で行なわれるように、動作シーケンスに含まれる各
動作に関連する命令に付属した力制御条件を記述するデ
ータ配列を含んでいる。

【００１２】好ましい実施形態においては、力制御条件
を記述するデータ配列の中で、挿入軸方向について、力
を一定に保つための制御条件が記述されており、且つ、
該記述は前記一定に保たれる力の大きさが動作シーケン
スの進行に従って少なくとも１回は切り換えられる。

【００１３】力制御法としては、インピーダンス制御が
採用可能である。その場合には、力制御条件を記述する
データ配列の中でインピーダンス制御を実行するための
パラメータが記述される。また、本発明の方法が有利に
適用されるアプリケーションの例として、ハーモニック
駆動装置の組立のための位相合わせ嵌合がある。

【００１４】

【作用】本発明においては、動作プログラムの中で力制
御のパラメータは配列構造を以て用意されており、個々
のロボットの動作命令の中で引数として選択的に指定さ
れる。即ち、位相合わせ嵌合のための動作シーケンスの
進行に従って順次実行されるアプローチ動作、位相合わ
せ動作、原位相復帰動作、挿入動作等について、各動作
の態様に適合した力制御条件が自動的に実現される。

【００１５】例えば、力制御条件を記述するデータ配列
の中で、挿入軸方向について、力を一定に保つための制
御条件が各動作と対応付けて記述されているので、再生
運転時には、アプローチ動作、位相合わせ動作、原位相
復帰動作、挿入動作の各々について、希望する目標力を
実現するように制御が行なわれる。

【００１６】力制御法としてインピーダンス制御を採用
した場合、力制御条件を記述するデータ配列の中でイン
ピーダンス制御を実行するためのパラメータを適正に設
定しておけば、円滑な位相合わせ嵌合が自動的に達成さ
れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一つの実施形態
における全体配置の概要を描いた見取図である。アプリ
ケーションとしては、ハーモニック駆動装置の要部アセ
ンブリの組立工程に含まれる嵌合作業を想定して説明す
る。図１において、符号１は力制御ロボット本体で、ケ
ーブル１１を介してロボットコントローラ２に接続され
ている。ロボット（本体）１の構造自体は従来のものと
特に変わるところはない。また、ロボットコントローラ
２についても、後述する処理を実行する為のソフトウェ
ア手段を除けば、従来より使用されているものと同じで
良い。

【００１８】力制御ロボット１の手首先端には、直交す
る３軸方向の並進力とそれらの軸回りのモーメント（ま
とめて６軸力と言う。）を検出できる６軸力センサ３が
取り付けられている。符号３１は、力センサ３とロボッ
トコントローラ２を接続するケーブルを表わしている。

【００１９】嵌合対象ワークは、符号４，５で示されて
いる。本事例における嵌合ワーク４は、ウェーブジェネ
レータ４１を先端部に取り付けた部品（モータアセンブ
リ）である。一方、被嵌合ワーク５は、フレクスプライ
ン／サーキュラスプラインアセンブリである。嵌合ワー
ク４は、６軸力センサ３を介してロボット１に取り付け
られている。ツール先端点は、ウェーブジェネレータ４
１の先端面（後述するように楕円形）の中心に設定され
ているものとする。

【００２０】また、挿入軸の方向（ウェーブジェネレー
タ４１を被嵌合ワーク５の開口部に挿入する際のロボッ
ト１の移動方向）がＹ軸方向に一致するように、ワーク
座標系（ユーザ座標系）Σw が設定されているものとす
る。そして、ワークテーブル６上に供給される被嵌合ワ
ーク５は、上記挿入軸の方向（Ｙ軸方向）に整合した姿
勢で位置決めされているものとする。

【００２１】図２は、本実施形態における嵌合作業の対
象ワーク４，５となるハーモニック駆動装置（ＣＳ型）
の組立部品について、嵌合時の位相関係並びに嵌合後の
状態を説明する図である。図２を図１と共に参照する
と、ロボット１に把持される嵌合ワーク４の先端部をな
すウェーブジェネレータ４１は、剛体からなる楕円カム
４１１の周囲にベアリングを装着した要素で、一般に、
変速機を構成するハーモニック駆動装置の入力軸に取り
付けられる。ベアリングの内輪４１２は、楕円カム４１
１の外周に固着されるが、弾性材料で構成される外輪４
１３は多数のベアリングのボール４１４を介して弾性変
形する。

【００２２】ウェーブジェネレータ４１と対をなすフレ
クスプライン／サーキュラスプラインアセンブリ５は、
フレクスプライン５１とサーキュラスプライン５２を備
えたアセンブリである。フレクスプライン５１は、薄肉
カップ状の金属弾性体で構成された要素で、開口部５３
の外周に所定数の歯が刻まれている。フレクスプライン
５１の底部（カップ部材の底部）はダイヤフラムと呼ば
れ、一般に、ハーモニック駆動装置の出力軸に取り付け
られる。

【００２３】これに対してサーキュラスプライン５２
は、内周にフレクスプライン５１の歯数を２枚上回る数
の歯が刻まれたリング状の剛体からなる要素で、その内
径はフレクスプライン５１の中立状態（弾性変形なし）
における外径を僅かに上回っている。一般に、サーキュ
ラスプライン５２はケーシング５４に固定される。

【００２４】各要素間の上記した関係から、図２の最左
図に示したようにウェーブジェネレータ４１（単純な楕
円板で略記）を開口部５３内に挿入しようとした時、ウ
ェーブジェネレータ４１の長軸が符号（ａ）で表記した
位相範囲（角度範囲）にあれば挿入は円滑に行なわれ得
る。そうでない場合には、ウェーブジェネレータ４１の
位相を調整して、ウェーブジェネレータ４１の長軸方向
を位相範囲（ａ）内に収まるようにしてから、挿入動作
に移行する必要がある。

【００２５】位相範囲（ａ）に適合したウェーブジェネ
レータ４１を挿入すると、図２最右に示したように、フ
レクスプライン５１はウェーブジェネレータ４１の形状
に合わせて楕円形に撓む。そのため、ウェーブジェネレ
ータ４１の長軸に対応する部分で、フレクスプライン５
１の歯がサーキュラスプライン５２の歯と噛み合い、短
軸に対応する部分では、フレクスプライン５１の歯とサ
ーキュラスプライン５２の歯から離隔することになる。

【００２６】サーキュラスプライン５２を固定した状態
で、入力軸を介してウェーブジェネレータ４１を時計回
りに回転させると、それに応じてフレクスプライン５１
は弾性変形し、フレクスプライン５１とサーキュラスプ
ライン５２の歯の噛み合う位置が順次移動して行く。そ
の結果、フレクスプライン５１はウェーブジェネレータ
４１とは逆に反時計回りに回転する。フレクスプライン
５１は、ウェーブジェネレータ４１が１８０度回転した
時、フレクスプライン５１の歯１枚分だけ回転移動す
る。フレクスプライン５１の歯数は、サーキュラスプラ
イン５２の歯数よりも２枚少ないので、結局、ウェーブ
ジェネレータ４１が時計回りに１回転（３６０度の回
転）した時、フレクスプライン５１は反時計回りに歯数
差２枚分だけ反時計回りに回転移動する。一般には、こ
のフレクスプラインライン５１の回転がハーモニック駆
動装置の出力として取り出される。

【００２７】次に、以上の事項を前提に、図３を参照図
に加え、ロボット１に把持されたワーク４（ウェーブジ
ェネレータ４１）をワーク５の開口部５３に嵌合するた
めに必要な動作手順の概略を説明する。なお、アプロー
チ動作開始の説明図を除き、各要素の符号の表示を省略
した。図３に矢印を付した流れで示したように、全体行
程は次の４つの動作のシーケンスで構成される。

【００２８】（１）アプローチ動作６軸力センサ３を介してワーク４を把持した力制御ロボ
ット１をワーク５の開口５３のほぼ正面（図では真上）
から、挿入軸方向（ワーク座標系Σw のＹ軸方向）に沿
って移動させる。このアプローチ動作は、後続する位相
合わせ以下のシーケンスを開始するための準備動作であ
るが、力制御ロボット１の移動は力制御を有効化して行
なわれるのが通例である。アプローチ動作時の力制御
は、ウェーブジェネレータ４１の先端面がフレクスプラ
イン５１に当接した時に、パラメータに指定された一定
の力で挿入軸方向（Ｙ軸方向）への押し付け力が維持さ
れるような力制御とする。本実施形態では、このような
条件でアプローチ開始点から力制御を有効化するものと
する。力制御の方式としては、インピーダンス制御方式
を適用する。

【００２９】アプローチ動作期間中の直交空間６自由度
各方向の制御の概要は、次のようになる。１．挿入軸（Ｙ軸）；アプローチ開始点より挿入方向に
指定速度で進み、接触による反力が設定値に達した時点
で、位相合わせ動作に移行する。

【００３０】２．挿入軸に直交する軸（Ｘ軸、Ｚ軸）；
移動指令を出力しない制御。即ち、Ｘ軸、Ｚ軸に関して
は、一定の位置を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ軸につい
ての力制御は無効化する（力センサ３の出力を使わな
い）。但し、一定押し付け力をゼロとして有効化するこ
とも可能である。３．挿入軸回り（Ｙ軸回り）；Ｘ軸、Ｚ軸の並進動作と
同じく、移動指令を出力しない制御とする。即ち、Ｘ
軸、Ｚ軸回りに関して一定の姿勢を保つ制御を行なう。
Ｘ軸、Ｚ軸回りについての力制御は無効化する（力セン
サ３の出力を使わない）。但し、一定モーメントをゼロ
として有効化することも可能である。４．挿入軸と直交する軸の回り（Ｘ軸回り、Ｚ軸回
り）；Ｙ軸回りの回転動作と同じく、移動指令を出力し
ない制御を行なう。即ち、Ｘ軸回り、Ｚ軸回りに関して
一定の姿勢を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ軸回りについ
ての力制御は無効化する（力センサ３の出力を使わな
い）。但し、一定モーメントをゼロとして有効化するこ
とも可能である。

【００３１】（２）位相合わせ動作アプローチ動作の次に位相合わせ動作に移行する。位相
合わせ動作は、クランク回しに相当する動作で、力制御
ロボット１のツール先端点が予めパラメータで教示され
た長さだけ開口部５３内に挿入されるまで、ウェーブジ
ェネレータ４１がＹ軸の回りで回転をさせる。この間、
ウェーブジェネレータ４１は、Ｙ軸方向（挿入軸方向）
へ押し付けられる。

【００３２】位相合わせ開始直後の時点で既にウェーブ
ジェネレータ４１の位相が、図２で説明した適合位相範
囲（ａ）内に収まっていれば、ウェーブジェネレータ４
１は直ちに開口部５３内へ進入する。また、位相合わせ
開始時点でウェーブジェネレータ４１の位相が、適合位
相範囲（ａ）内に収まっていない場合には、挿入軸の回
りの回転によりウェーブジェネレータ４１の位相が適合
位相範囲（ａ）内に入った時点から、開口部５３内への
進入が開始される。

【００３３】すると、図２を参照して説明したことか
ら、フレクスプライン５１が徐々に楕円形に弾性変形
し、フレクスプライン５１の歯とサーキュラスプライン
５２の歯が長軸部分で係合する。

【００３４】挿入軸方向の並進移動量が設定した量（長
さ）に達した時点で、位相合わせシーケンスを終了す
る。この間、フレクスプライン５１の歯とサーキュラス
プライン５２の歯の係合位置は若干移動する。位相合わ
せ時の挿入長さを規定するパラメータは、全挿入長さ
（挿入完了までの挿入長さ）を上回らない挿入長さを表
わすように設定される（例えば、全挿入長さの数分の
１）。

【００３５】このようにして、力制御ロボット１のツー
ル先端点位置は、上記挿入長さだけ開口部５３の内部に
進入した位置まで移動する（回転と並進の組合せ）。こ
こまでの動作が位相合わせである。以後、位相合わせの
最終目標位置乃至到達位置を「中間点」と呼ぶ。

【００３６】位相合わせ動作期間中の直交空間６自由度
各方向の制御の概要は、次のようになる。なお、動作エ
ラー等が生じない限り、ツール先端点は位相合わせ完了
時までに実際に中間点に到達する。１．挿入軸（Ｙ軸）；中間点を移動目標点として所定の
長さ以上進むまで、一定力押し付けの力制御。中間点ま
での挿入長さ及び一定力押し付けの力は、各々適当な値
のパラメータで設定される。２．挿入軸に直交する軸（Ｘ軸、Ｚ軸）；移動指令を出
力しない制御。即ち、Ｘ軸、Ｚ軸に関しては、一定の位
置を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ軸についての力制御を
無効化する（力センサ３の出力を使わない）。但し、一
定押し付け力をゼロとして有効化することも可能であ
る。３．挿入軸回り（Ｙ軸回り）；指定された角速度で回転
させる制御。Ｙ軸回りの力制御は無効化する（力センサ
３の出力を使わない）。但し、回転軸回りに摩擦が存在
する場合、目標モーメントを設定して力制御を有効化す
ることも可能である。

【００３７】４．挿入軸と直交する軸の回り（Ｘ軸回
り、Ｚ軸回り）；Ｘ軸、Ｚ軸の並進動作と同じく、移動
指令を出力しない制御を行なう。即ち、Ｘ軸、Ｚ軸回り
に関しては、一定の姿勢を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ
軸回りについての力制御は無効化する（力センサ３の出
力を使わない）。但し、一定モーメントをゼロとして有
効化することも可能である。（３）原位相復帰動作アプローチ動作完了後、組立行程上のニーズに応じて部
品姿勢（ここでは、ウェーブジェネレータ４１の姿勢）
を元に戻す動作で、挿入動作に先だって行なわれる。原
位相復帰動作は位相合わせ動作と同様、クランク回しに
相当する動作であるが、回転の向きが位相合わせ動作と
逆になる。また、力制御ロボット１のツール先端点の並
進移動は行なわれない。ウェーブジェネレータ４１の位
相が位相合わせ開始時の位相に復帰すると、原位相復帰
動作は完了する。

【００３８】原位相合わせ動作期間中の直交空間６自由
度各方向の制御の概要は、次のようになる。なお、動作
エラー等が生じない限り、ツール先端点の姿勢は位相合
わせ開始時のものに戻る。１．挿入軸（Ｙ軸）；移動指令を出力しない制御。即
ち、Ｙ軸に関しては、一定の位置を保つ制御を行なう。
Ｙ軸、Ｚ軸についての力制御は無効化する（力センサ３
の出力を使わない）。但し、一定押し付け力をゼロとし
て有効化することも可能である。２．挿入軸に直交する軸（Ｘ軸、Ｚ軸）；Ｙ軸と同じ
く、移動指令を出力しない制御。即ち、Ｘ軸、Ｚ軸に関
しては、一定の位置を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ軸に
ついての力制御は無効化する（力センサ３の出力を使わ
ない）。但し、一定押し付け力をゼロとして有効化する
ことも可能である。３．挿入軸回り（Ｙ軸回り）；指定された角速度（位相
合わせ時と逆符号）で回転させる制御を行なう。Ｙ軸回
りの力制御は無効化する（力センサ３の出力を使わな
い）。但し、回転軸回りに摩擦が存在する場合、目標モ
ーメントを設定して力制御を有効化することも可能であ
る。

【００３９】４．挿入軸と直交する軸の回り（Ｘ軸回
り、Ｚ軸回り）；Ｘ軸、Ｚ軸の並進動作と同じく、移動
指令を出力しない制御を行なう。即ち、Ｘ軸、Ｚ軸回り
に関しては、一定の姿勢を保つ制御を行なう。Ｘ軸、Ｚ
軸回りについての力制御は無効化する（力センサ３の出
力を使わない）。但し、一定モーメントをゼロとして有
効化することも可能である。（４）挿入動作原位相復帰動作後に（場合によっては、これを省いて位
相合わせ後に）、挿入動作に移行する。挿入動作は、嵌
合作業の中心をなす動作で、力制御ロボット１のツール
先端点を、予めパラメータで教示された長さに応じて更
に開口部５３内に進入させる動作である。この挿入動作
により、力制御ロボット１のツール先端点位置は中間点
を離れ、更に上記挿入長さだけＹ軸方向に進んだ位置へ
向けて並進移動する。

【００４０】挿入動作時の押し付け状態は、力の目標値
を設定することで実現出来る。押し付け状態に移行する
のは、挿入可能な長さよりも短かめに設定された挿入長
さの移動が行なわれた時点からである。また、挿入動作
の継続時間の上限値がパラメータで設定される（一般
に、実際に挿入動作で消費される時間は、毎回の動作毎
に異なる）。そして、押し付け状態が解除された時点で
挿入動作が完了する。

【００４１】なお、挿入動作の完了後にワーク４の把持
が解除され、力制御ロボット１は開口部５３の外部に設
定されたデパート点へ退避する。退避動作については、
本発明の特徴と特に関連が無いので、詳細は省略する。

【００４２】挿入動作期間中の直交空間６自由度各方向
の制御の概要は、次のようになる。

【００４３】１．挿入軸（Ｙ軸）；挿入方向にパラメー
タにて指定した長さ以上進んだ後、所定時間が経過する
まで一定力押し付けの力制御。挿入長さ、一定力押し付
けの力の大きさと持続時間は、各々適当な値のパラメー
タで設定される。２．挿入軸に直交する軸（Ｘ軸、Ｚ軸）；一定押し付け
力をゼロする力制御を行なう。３．挿入軸回り（Ｙ軸回り）；Ｘ軸、Ｚ軸の並進動作と
同じく、移動指令を出力しない制御とする。即ち、挿入
軸回りに関して一定の姿勢を保つ制御を行なう。

【００４４】４．挿入軸と直交する軸の回り（Ｘ軸回
り、Ｚ軸回り）；一定モーメントをゼロとする力制御を
行なう。

【００４５】次に、図４以下を参照図に加えて、上記し
た一連の動作を実現するためのロボット制御について説
明する。先ず、図４は、図１中に示したロボットコント
ローラ２並びに６軸力センサ３を含む制御システムの概
略構成を要部ブロック図で示したものである。同図を参
照すると、システム全体は、ロボットコントローラ２、
該ロボットコントローラ２によって力制御されるロボッ
ト（本体機構部）１、ロボット本体のアーム先端部に支
持される６軸力センサ３、６軸力センサ３の検出信号を
処理する信号処理装置３０から構成される。

【００４６】ロボットコントローラ２は中央演算処理装
置（以下、ＣＰＵという。）２１を備えている。ＣＰＵ
２１には、ＲＯＭからなるメモリ２２、ＲＡＭからなる
メモリ２３、不揮発性メモリ２４、ロボットの教示及び
他のシステム各部の動作についての各種の指令入力ある
いは設定値入力を行なうキーボードを備えた教示操作盤
２５、信号処理装置３０との間のインターフェイス機能
を果たす入出力装置２６、及びロボット本体１の各軸の
動作をサーボ回路２８を介して制御するロボット軸制御
部２７が、各々バス２９を介して接続されている。

【００４７】６軸力センサ３には、例えば歪ゲージで構
成され発振器により交流駆動される複数のブリッジ回路
を内蔵した公知の構造のものが使用出来る。６軸力セン
サ３からは、６軸力の各成分を表わす検出信号が信号処
理装置３０に出力される。

【００４８】信号処理装置３０に於ける信号処理の概略
を例記すれば、次のようになる。６軸力センサ３から出
力された各検出信号は、差動アンプで増幅後、同期整流
されて直流信号に変換された上で信号処理装置内のマル
チプレクサに入力される。マルチプレクサは、ロボット
コントローラ２のＣＰＵ２１から入出力装置２６を介し
て受け取る制御信号に従い、各成分を表わす検出信号を
順次サンプルホールド回路及びＡ／Ｄコンバータを介し
て入出力装置２６へ送り出す。

【００４９】ＣＰＵ２１は、これを順次不揮発性メモリ
２４内の所定領域に格納する。格納された６軸力センサ
３の検出データは、後述する態様で行なわれるロボット
の力制御（インピーダンス制御）の為に利用される。

【００５０】ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３及び不揮発性メモ
リ２４は、上記６軸力センサ３の検出データの格納の他
に、ロボットコントローラ２自身の動作を制御するシス
テムプログラム、後述するインピーダンス制御の為の処
理、信号処理装置３０との間の信号授受のコントロール
等を実行するプログラム並びに各処理の関連設定値の格
納等に用いられる。

【００５１】この設定値には、６軸力センサ３に設定さ
れたセンサ座標系とロボットに設定された直交座標系と
の間の変換行列のデータの他に、力制御（インピーダン
ス制御）の諸パラメータが含まれる。後述するように、
これら力制御のパラメータは配列構造を以て用意され、
個々のロボットの動作命令の中で引数として選択的に指
定される。

【００５２】次に、力制御の条件を切換ながら上記一連
の動作（図３とその説明参照）を順次実行するための動
作プログラム並びに関連データの概要について具体例を
用いて説明する。なお、以下の説明を判り易くするため
に、プログラムデータ等について本発明の方法に関係す
る要部のみを抽出表記した（省略部分は適宜・・・で表
記した）。

【００５３】図５は、動作プログラムの一例を表わして
いる。ここで、イチ[1] はアプローチ動作の開始点を表わ
し、イチ[2] はデパート点（挿入動作完了後の退避位置）
を表わしている。第１行は、アプローチ動作開始点へ各
軸移動形式で移動し、１００％位置決めせよとの動作命
令を表わす。同様に、第３行は、デパート点へ各軸移動
形式で移動し、１００％位置決めせよとの動作命令を表
わしている。

【００５４】嵌合作業のための動作命令の主要部をなす
部分は第２行であり、「力嵌合配列命令」として記述さ
れている。「力嵌合配列命令」の内容は、次に述べる
「嵌合データ配列」で記述される。「嵌合データ配列」
は、重層的なデータ構造を有している。

【００５５】図６は、「嵌合データ配列」の基本構造
（最上位の構造）を表わしている。同図において、１行
目は上記「力嵌合配列命令」に関する嵌合データ配列で
あり、２個のデータが付随していることを表わしてい
る。後述の嵌合データ１を指す第１のデータの内容を示
すコメントは、「イソウアワセ」であり、後述の嵌合デ
ータ２を指す第２のデータの内容を示すコメントは、
「ゲンイソウ＆ソウニュウ」となっている。

【００５６】図７は、図６に記した嵌合データ配列に付
属した嵌合データ構造の骨格を表わしている。データ配
列全体は、嵌合データ１と嵌合データ２に分かれてい
る。前者はインピーダンスデータ１を含む基本データ１
とインピーダンスデータ２を含む基本データ３を持ち、
後者はインピーダンスデータ３を含む基本データ３とイ
ンピーダンスデータ４を含む基本データ４を持つ。

【００５７】これらのデータは、位相合わせ嵌合の各シ
ーケンスで次のように使い分けられる。（１）アプローチ動作嵌合データ１、基本データ１、インピーダンスデータ１（２）位相合わせ動作嵌合データ１、基本データ２、インピーダンスデータ２（３）原位相復帰動作嵌合データ２、基本データ３、インピーダンスデータ３（４）挿入動作嵌合データ２、基本データ４、インピーダンスデータ４図８〜図１３に各嵌合データ並びに基本データの要部の
例を示す。これらのデータの説明を項分けして簡単に説
明すれば、次のようになる。なお、インピーダンスデー
タについては、後述するインピーダンス制御の説明の中
で触れる。

【００５８】［嵌合データ１（図８）］アプローチ動作
と位相合わせ動作で使用される嵌合データ１には、位相
合わせ嵌合に関して次の事項が含まれている。第１行；主として位相合わせ動作に関連する嵌合データ
である旨のコメント第２行；挿入方向を＋Ｙ軸方向とすること第６行；ハーモニック駆動装置用の嵌合方式に従うこと第７行；位相合わせ時の嵌合力（力制御の挿入軸方向の
押し付け力）を１０．０００ｋｇ重とすること第１０行；アプローチ動作時の移動速度を２．０００ｍ
ｍ／ｓとすること第１１行；アプローチ動作時の基本条件は、基本データ
１に従うこと第１２行；位相合わせ動作時の基本条件は、基本データ
２に従うこと第１３行；位相合わせ動作の終了の判定は、挿入深さで
行なうこと第３２行；位相合わせ成功と判断する嵌合深さは１０．
０００ｍｍとすること第３３行；教示したアプローチ開始点において、嵌合ワ
ークと被嵌合ワークの間の距離が２．０００ｍｍである
こと第５２行；位相合わせ動作に伴う回転角度リミットは、
１４０．０００度とすること第５３行；位相合わせ動作に伴う回転移動の加減速時間
は１．０００ｓｅｃとすること第５５行；位相合わせ動作に伴う回転移動の向きはプラ
ス（Ｙ軸回りの回転角を増やす方向）とすること［基本データ１（図９）］アプローチ動作時に使用され
る基本データ１には、次のデータが含まれている。

【００５９】第１行；アプローチ動作で使用される基本
データ１である旨のコメント第５〜７行；力制御の目標力を６軸について指定したデ
ータである。各データは、力制御を有効化した軸（第２
９〜３１行参照）について意味を持つ。ここでは、アプ
ローチの際に挿入軸方向の押し付けを行なうために、Ｙ
軸について１．０００ｋｇ重の目標力が設定されてい
る。第８〜１０行；アプローチ動作時の目標移動速度を指定
するデータである。アプローチ動作の移動は挿入軸方向
の並進のみなので、Ｙ軸について２．０００ｍｍ／ｓが
設定され、他軸については０．０００ｍｍ／ｓあるいは
０．０００ｄｅｇ／ｓが設定されている。第１１行；インピーダンス制御のパラメータとして、バ
ネの強さ、マス（慣性）の大きさ、及びダンパの強さを
表わすパラメータを使用することを表わすデータで、各
パラメータの設定数値はインピーダンスデータ１に含ま
れる。第１２行；嵌合ワーク４（ウェーブジェネレータ４１）
が被嵌合ワーク５に接触したと判定する際のしきい値を
指定するデータで、ここでは１．０００ｋｇ重が設定さ
れている。

【００６０】第１５行；アプローチ動作完了の判定方式
を指定するデータである。ここでは上記しきい値を用い
た接触判定をアプローチ動作完了の判定に用いることが
指定されている。

【００６１】第２９〜３１行；インピーダンス制御方式
による力制御を有効化するか否かを６軸について指定し
たデータである。ここでは、アプローチの際に挿入軸方
向の押し付けを行なうために、Ｙ軸についてのみ力制御
を有効化することが指定されている。

【００６２】第３２〜３４行；移動指令を出力するか否
かを６軸について指定したデータである。ここでは、ア
プローチ動作の移動は挿入軸方向の並進のみなので、Ｙ
軸のみが「有効」と指定され、他軸については「無効」
とされている。即ち、Ｘ，Ｚ軸に関する並進位置、Ｗ，
Ｐ，Ｒ軸に関するの回転位置（姿勢）については、移動
指令は出力されない（力制御も無効で、一定位置を維持
する通常の制御）。

【００６３】［基本データ２（図１０）］位相合わせ動
作時に使用される基本データ２には、次のデータが含ま
れている。

【００６４】第１行；位相が合うまで回転が行なわれる
旨のコメント第５〜７行；力制御の目標力を６軸について指定したデ
ータである。各データは、力制御を有効化した軸（第２
９〜３１行参照）について意味を持つ。ここでは、位相
合わせの際に挿入軸方向の押し付けを行なうために、Ｙ
軸について１０．０００ｋｇ重の目標力が設定されてい
る（アプローチ動作時よりも大きいことに注意）。第８〜１０行；位相合わせ動作時の目標移動速度を指定
するデータである。位相合わせ動作の移動は挿入軸回り
の回転と挿入軸方向の並進なので、Ｙ軸について２．０
００ｍｍ／ｓ、Ｐ軸について５．０００ｄｅｇ／ｓが各
々設定されている。移動の無い他軸の設定値は、０．０
００ｍｍ／ｓあるいは０．０００ｄｅｇ／ｓである。第１１行；インピーダンス制御のパラメータとして、バ
ネの強さ、マス（慣性）の大きさ、及びダンパの強さを
表わすパラメータを使用することを表わすデータで、各
パラメータの設定数値はインピーダンスデータ２に含ま
れる。第１５行；位相合わせ動作完了の判定方式を指定するデ
ータである。ここでは挿入長さ（嵌合データ１の第３２
行で指定された１０．０００ｍｍ）での判定が指定され
ている。

【００６５】第２９〜３１行；インピーダンス制御方式
による力制御を有効化するか否かを６軸について指定し
たデータである。ここでは、位相合わせの際に挿入軸方
向、Ｙ軸について力制御が有効化することが指定されて
いる。なお、Ｐ軸について無効化が設定されているが、
目標モーメントを設定して力制御を有効化することも可
能である。また、無効の設定が行なわれているＸ軸、Ｚ
軸、Ｗ軸及びＲ軸についても、挿入と回転をより円滑化
するためにこれらの全部または一部を有効化することも
考えられる。

【００６６】第３２〜３４行；移動指令を出力するか否
かを６軸について指定したデータである。ここでは、位
相合わせ動作の移動は挿入軸方向の並進のみなので、Ｙ
軸のみが「有効」と指定され、他軸については「無効」
とされている。即ち、Ｘ，Ｚ軸に関する並進位置、Ｗ，
Ｐ，Ｒ軸に関するの回転位置（姿勢）については、移動
指令は出力されない（力制御も無効で、現位置を維持す
る通常の制御）。

【００６７】［嵌合データ２（図１１）］原位相復帰動
作と挿入動作で使用される嵌合データ２には、位相合わ
せ嵌合に関して次の事項の記述が含まれている。第１行；主として原位相復帰動作と挿入動作に関する嵌
合データである旨のコメント第２行；挿入方向を＋Ｙ軸方向とすること第６行；ハーモニック駆動装置用の嵌合方式に従うこと第７行；位相合わせ時の嵌合力（力制御の挿入軸方向の
押し付け力）を２０．０００ｋｇ重とすること（位相合
わせ時の嵌合力より大きく設定されていることに注意）第１１行；原位相復帰動作時の基本条件は、基本データ
３に従うこと第１２行；挿入動作時の基本条件は、基本データ４に従
うこと第１３行；挿入動作の終了の判定は、挿入深さで行なう
こと第３２行；挿入動作終了時の嵌合深さは１５．０００ｍ
ｍとすること第５６行；ハーモニック駆動装置用の原位相位相復帰動
作を有効化すること［基本データ３（図１２）］原位相復帰動作時に使用さ
れる基本データ３には、次のデータが含まれている。

【００６８】第１行；原位相復帰動作時に使用される基
本データである旨のコメント第５〜７行；力制御の目標力を６軸について指定したデ
ータである。各データは、力制御を有効化した軸（第２
９〜３１行参照）について意味を持つ。ここでは、原位
相復帰の際に挿入軸方向の現在位置を維持するために、
Ｙ軸について０．０００ｋｇ重の目標力が設定されてい
る。第８〜１０行；原位相復帰動作時の目標移動速度を指定
するデータである。原位相復帰動作の移動は挿入軸回り
の回転なので、Ｙ軸について０．０００ｍｍ／ｓ、Ｐ軸
について−５．０００ｍｍ／ｓが各々設定されている。
移動の無い他軸の設定値は、０．０００ｍｍ／ｓであ
る。第１１行；インピーダンス制御のパラメータとして、バ
ネの強さ、マス（慣性）の大きさ、及びダンパの強さを
表わすパラメータを使用することを表わすデータで、各
パラメータの設定数値はインピーダンスデータ３に含ま
れる。第１３行；原位相復帰動作を行なう制御時間の上限を指
定するデータである。ここでは、６０ｓｅｃが指定され
ている。

【００６９】第１５行；動作完了の判定方式を指定する
データである。ここでは制御時間での判定が指定されて
いるが、位相合わせ嵌合ではこれは無視され、原位相へ
の復帰がなされた時点で動作を終了する。なお、第１３
行で指定される時間内に原位相復帰がなされない場合に
は、エラー信号が出力される。第２９〜３１行；インピーダンス制御方式による力制御
を有効化するか否かを６軸について指定したデータであ
る。Ｘ軸、Ｚ軸、Ｗ軸及びＲ軸については無効とされて
いるが、挿入と回転をより円滑化するためにこれらの全
部または一部を有効化することも考えられる。

【００７０】第３２〜３４行；移動指令を出力するか否
かを６軸について指定したデータである。ここでは、原
位相復帰動作の移動は挿入軸回りの回転のみなので、Ｐ
軸のみが「有効」と指定され、他軸については「無効」
とされている。即ち、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に関する並進位置、
Ｗ，Ｒ軸に関するの回転位置（姿勢）については、移動
指令は出力されない（力制御も無効で、現位置を維持す
る制御）。

【００７１】［基本データ４（図１３）］挿入動作時に
使用される基本データ４には、次のデータが含まれてい
る。第１行；挿入動作時に使用される基本データである旨の
コメント第５〜７行；力制御の目標力を６軸について指
定したデータである。各データは、力制御を有効化した
軸（第２９〜３１行参照）について意味を持つ。ここで
は、挿入の際に挿入軸方向の押し付けを行なうために、
Ｙ軸について２０．０００ｋｇ重の目標力が設定されて
いる（アプローチ動作、位相合わせ、原位相復帰の中で
最大の値が設定されていることに注意）。第８〜１０行；挿入動作時の目標移動速度を指定するデ
ータである。挿入動作の移動は挿入軸方向の並進のみな
ので、Ｙ軸について２．０００ｍｍ／ｓが設定されてい
る。移動の無い他軸の設定値は、０．０００ｍｍ／ｓで
ある。第１１行；インピーダンス制御のパラメータとして、バ
ネの強さ、マス（慣性）の大きさ、及びダンパの強さを
表わすパラメータを使用することを表わすデータで、各
パラメータの設定数値はインピーダンスデータ３に含ま
れる。第１３行；挿入動作を行なう制御時間の上限を指定する
データである。ここでは、５０ｓｅｃが指定されてい
る。

【００７２】第１５行；位相合わせ動作完了の判定方式
を指定するデータである。ここでは移動距離での判定が
指定されている。第２９〜３１行；インピーダンス制御方式による力制御
を有効化するか否かを６軸について指定したデータであ
る。ここでは、Ｐ軸のみ無効とされ、他の軸（Ｘ，Ｙ，
Ｚ，Ｗ，Ｒ各軸）はすべて有効とされる。

【００７３】第３２〜３４行；移動指令を出力するか否
かを６軸について指定したデータである。ここでは、挿
入動作の移動は挿入軸方向の並進のみであるが、Ｙ軸と
ともにＸ，Ｚ，Ｗ，Ｒ各軸が「有効」と指定され、Ｐ軸
のみが「無効」と指定されている。即ち、Ｐ軸に関する
移動指令は出力されない（力制御も無効で、一定位置を
維持する制御）。

【００７４】以上のデータ配列構造を有する嵌合配列命
令を含む動作プログラムの再生運転により実行される処
理の大要を図１４のフローチャートに記した。先ず、図
５に記した動作プログラムの最初の１ブロックを読み込
む（ステップＳ１）。命令文の指定に従って、イチ[1]
（アプローチ動作の開始点）へロボット１を各軸移動形
式で移動させるための処理を行なう（ステップＳ２）。
これにより、ロボット１はアプローチ動作の開始点に位
置決めされる。なお、ここまでは力制御（インピーダン
ス制御）を行なう必要は無い。

【００７５】続いて、動作プログラムの次の１ブロック
を読み込む（ステップＳ３）。ここで読み込まれるのは
「力嵌合配列命令」である。上述した配列構造を有する
諸データで指定されるところに従って、位相合わせ嵌合
のための処理が開始される。先ず、ステップ４では、上
記説明した嵌合データ１と基本データ１に従って、アプ
ローチ動作のための処理が実行される。以下、嵌合デー
タ１と基本データ２に従った位相合わせ動作のための処
理（ステップＳ５）、嵌合データ２と基本データ３に従
った原位相復帰動作のための処理（ステップＳ６）、嵌
合データ２と基本データ４に従った挿入動作のための処
理（ステップＳ７）が順次実行される。

【００７６】これにより、前述した動作シーケンスが実
現され、ウェーブジェネレータ４１の嵌合作業が遂行さ
れる。

【００７７】挿入動作が完了すると、次の動作プログラ
ムの１ブロックが読み込まれ（ステップＳ８）、イチ[2]
（デパート点）へロボット１を各軸移動形式で移動させ
るための処理が行なわれ（ステップＳ９）、位相合わせ
嵌合の１サイクル分の処理を終了する。なお、ステップ
Ｓ９に先だってワーク４の把持を解除するための処理等
については、説明を省略した。

【００７８】最後に、本実施形態で力制御の方式として
用いられるインピーダンス制御について、図１５以下を
参照図に加えて説明する。なお、この制御方式自体は公
知であるから概要のみを述べる。インピーダンス制御法
（機械インピーダンス制御とも言う。）は、ロボットを
ある望ましい慣性を持ち、ダンパとバネにより目標軌道
に釣り下げられた仮想的な一つの剛体であるかのように
動作させる制御法である。ロボットをそのような系にモ
デル化した場合、系は慣性、ダンパ及びバネを表現する
パラメータで記述される。系を記述するように設定され
たパラメータの組は、設定機械インピーダンスと呼ばれ
る。系の運動方程式は、これらパラメータを用いて後述
する（１１）式で表現することが出来る。

【００７９】インピーダンス制御法を適用する際には、
慣性、ダンパ及びバネを表現するパラメータを適正に設
定し、目標位置、速度、加速度（姿勢を含む）並びに目
標力を与える。本実施形態では、各基本データ１〜４の
インピーダンスデータ１〜４にこれらの設定データが含
まれている。一般に、慣性、ダンパ及びバネに関するパ
ラメータの適正値は、各動作（アプローチ、位相合わ
せ、原位相復帰、挿入）で異なる。それらの値は、個別
に理論計算や経験則に従ってインピーダンスデータ１〜
４の中で設定される。

【００８０】目標軌道については、アプローチ開始点、
各動作について指定した挿入深さなどから算出される。
各動作時の目標力は、上述した通り、嵌合データ、基本
データの中で設定されている。本実施形態では、位置に
関する目標は挿入方向の速度で与えられる。

【００８１】また、目標力 ^DＦ_d を ^DＦ_d ＝［ ^Dｆ_d
^T ， ^Dτ_d ^T ］^T で表わすことにする。ここで、 ^Dｆ_d
は目標とする力、 ^Dτ_d は目標とするトルクである。こ
れらは、上述した通り、嵌合データ１，２、基本データ
１〜４の中で設定されているものである。

【００８２】以下、Ｙ軸方向の押し付けを行なう挿入動
作を例にとって説明を行なう。この場合、 ^Dｆ_d ＝
［０， ^Dｆ_y ，０］^T 、 ^Dτ_d ＝［０，０，０］^T と表
わせる（^Dｆ_y の数値の記載は省略する。以下、同
様）。ツール先端点が挿入軸に沿って移動し、嵌合が完
了して図１６に示した状態になると、ウェーブジェネレ
ータ４１の先端面が開口部５３の底に突き当たり、ロボ
ットは上記目標力 ^DＦ_d に設定された平衡状態に到達
し、移動は停止される。

【００８３】今、座標系Σt を位置、姿勢の６次元ベク
トルで表したものを ^Dｒ_C とすると、設定インピーダン
スで記述される運動方程式は次式（１）となる。

【００８４】

【数１】上記（１）式において、変数ｒの上に付したドット数は
その数だけの微分を表す。 ^DＦ_c は６軸力センサ３で検
出される力でり、右辺は目標力 ^DＦ_d との偏差に力のゲ
インκF をかけたものである（以下、便宜上κ_F ＝１と
する）。また、上記（１）式において、Ｍは６行６列の目標慣性行列Ｄは６行６列の目標粘性行列Ｋは６行６列の目標剛性行列である。この実施形態のように、力制御方向、位置制御
方向を決めた場合には、Ｍ＝diag（ｍ1 ，ｍ2 ，・・・ｍ6 ）Ｄ＝diag（ｄ1 ，ｄ2 ，・・・ｄ6 ）Ｋ＝diag（ｋ1 ，ｋ2 ，・・・ｋ6 ）・・・（２）とし、Ｋ＝０・・・（３）とする。そして、残りのパラメータと９式の具体的な数
値は制御対象に依存するので、チューニングなどにより
決定し、インピーダンスデータ中に設定する。

【００８５】上述のインピーダンス設定と目標力の設定
により、ツール先端点に加わる力に応じ、ロボットが位
置・姿勢を挿入軸に整合させるよう力制御により動作
し、円滑な嵌合作業が可能となる。上記（１）式より、
次の（４）式によってロボットの手先の目標加速度が求
まる。

【００８６】

【数２】ロボットの関節変数をθとし、この関節変数の１回微分
と上記ベクトル ^Dｒ_Cの１回微分の関係を表すヤコビ行
列をＪとすると、次の（５）式が成り立つ。

【００８７】

【数３】上記（３）式における目標加速度（θ_d の２ドット）を
直接的に実現する方法の１つとして、ロボットの運動方
程式を次の（６）式として、（７）式で求められる値ｕ
をアクチュエータへの指令値（モータへのトルク指令）
ｕとする方法がある。

【００８８】

【数４】

【００８９】

【数５】なお、上記（６），（７）式において、 τ ：ロボットの各関節のトルクＩ（θ）：ロボット慣性行列ｈ（θ，θの１ドット）：コリオリ力、遠心力等の非線
形力である。

【００９０】また、各アクチュエータ（モータ）毎に位
置、速度のサーボ系が構成されている場合には、

【００９１】

【数６】

【００９２】

【数７】として、順次Δｔ時間後の位置θ_d 、速度の目標値（θ
_d の１ドット）を与えるようにすればよい。次に、イン
ピーダンス制御演算の処理の概要を図１７のフローチャ
ートに示す。この処理では、挿入軸に沿った教示経路に
基づいて、ロボットの各軸値、及び速度より６次元ベク
トル ^Dｒ_c 及びその微分値が求められる。また、設定さ
れた力の目標力 ^DＦ_d 及び、６軸力センサ３で検出され
る力 ^DＦ_c によって（４）式の演算を行い目標加速度
（ ^Dｒ_c の２ドット）が求められる。更に、求められた
目標加速度と各軸の速度より（５）式の演算を行って、
各軸毎の目標加速度（θ_d の２ドット）を求める（ステ
ップＴ１）。

【００９３】そして、各軸毎にステップＴ１で求めた目
標加速度と検出速度より（８）式並びに（９）式の演算
を行って目標速度、目標位置を求め各軸サーボ系に出力
する（ステップＴ２，Ｔ３）。

【００９４】上記インピーダンス制御演算の１サイクル
分が終了すると、現時点のロボット手先位置ｒi を求
め、該位置と一つ手前の位置ｒi-1 からロボットの進行
方向ベクトルΔｉを求め、次のインピーダンス制御演算
の処理に備える。

【００９５】以上、本実施形態では力制御としてインピ
ーダンス制御法を適用したが、他の力制御法も採用可能
である。

【００９６】また、本実施形態では、挿入可能な位相に
拡がりがあり、また、原位相復帰が必要なケース（ハー
モニック駆動装置の組立）について説明した。しかし、
挿入可能な位相に拡がりがない場合や原位相復帰が不必
要なケースについても本発明の方法が適用可能であるこ
とは、これまでの説明から明らかであろう。図１８に
は、そのようなワークとしてキー付シャフトの例を示し
た。同図の例では、凹条部６１を有するワーク６０が、
凸条部７１を有するワーク７０を嵌合することでキー付
シャフトが組み立てられる。力制御ロボットに把持され
るワークは、ワーク６０，７０のいずれであっても良
い。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、幾つかの力制御のパラ
メータを動作命令の中で指定出来る力制御ロボットを利
用することにより、互いに異なる力制御の条件の下で行
なわれる一連の動作（位相合わせ、原位相復帰、挿入な
ど）を必要とする嵌合作業を円滑に実行出来る。そのた
め、従来は自動化が困難であった種類の組立作業が自動
化可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施形態における全体配置の概
要を描いた見取図である。

【図２】本実施形態における嵌合作業の対象ワークとな
るハーモニック駆動装置（ＣＳ型）の組立部品につい
て、嵌合時の位相関係並びに嵌合後の状態を説明する図
である。

【図３】ロボット１に把持されたワーク（ウェーブジェ
ネレータ）を被嵌合ワークの開口部に嵌合するために必
要な動作手順の概略を説明するための図である。

【図４】実施形態で使用される制御システムの概略構成
を要部ブロック図で示したものである。

【図５】実施形態における動作プログラムを表わしてい
る。

【図６】実施形態における嵌合データ配列の基本構造
（最上位の構造）を表わしている。

【図７】図６に記した嵌合データ配列に付属した嵌合デ
ータ構造の骨格を表わしている。

【図８】実施形態における嵌合データ１の要部を説明す
る図である。

【図９】実施形態における基本データ１の要部を説明す
る図である。

【図１０】実施形態における基本データ２の要部を説明
する図である。

【図１１】実施形態における嵌合データ２の要部を説明
する図である。

【図１２】実施形態における基本データ３の要部を説明
する図である。

【図１３】実施形態における基本データ４の要部を説明
する図である。

【図１４】動作プログラムの再生運転により実行される
処理の大要を記したフローチャートである。

【図１５】実施形態におけるインピーダンス制御の位置
制御目標について説明する図である。

【図１６】実施形態における嵌合が完了した状態につい
て説明する図である。

【図１７】実施形態におけるインピーダンス制御演算の
処理の概要を記したフローチャートである。

【図１８】キー付シャフトの嵌合について説明する図で
ある。

【符号の説明】

１力制御ロボット（本体）２ロボットコントローラ３６軸力センサ４嵌合ワーク（ハーモニック駆動装置の部品）５被嵌合ワーク（ハーモニック駆動装置の部品）６嵌合ワーク（キー付シャフトの部品）７被嵌合ワーク（キー付シャフトの部品）１１，３１ケーブル２１中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２ＲＯＭ２３ＲＡＭ２４不揮発性メモリ２５教示操作盤２６入出力装置２７ロボット軸制御部２８サーボ回路２９バス３０信号処理装置４１ウェーブジェネレータ５１フレクスプライン５２サーキュラスプライン５３開口部５４ケーシング６１凹条部７１凸条部４１１楕円カム４１２ベアリングの内輪４１３ベアリングのボール４１４ベアリングの外輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】嵌合ワークを把持した力制御ロボットに
一連の動作シーケンスを実行させることによって、嵌合
に際して位相合わせを要求するワーク間の嵌合作業を実
行させるようにした力制御ロボットを用いた位相合わせ
嵌合方法であって、前記動作シーケンスには、少なくとも、（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近させ、位相合わ
せ開始可能な位置まで移動させるアプローチ動作と、（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作と、（３）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含まれており、前記アプローチ動作、前記位相合わせ動作及び前記挿入
動作は、動作プログラムでパラメータにより設定されて
おり、前記動作シーケンスの進行に従って各動作に適合した力
制御条件の下で行なわれるように、前記動作プログラム
は、前記動作シーケンスに含まれる各動作に関連する命
令に付属した力制御条件を記述するデータ配列を含んで
いる、力制御ロボットを用いた位相合わせ嵌合方法。
【請求項２】嵌合ワークを把持した力制御ロボットに
一連の動作シーケンスを実行させることによって、嵌合
に際して位相合わせを要求するワーク間の嵌合作業を実
行させるようにした力制御ロボットを用いた位相合わせ
嵌合方法であって、前記動作シーケンスには、少なくとも、（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近させ、位相合わ
せ開始可能な位置まで移動させるアプローチ動作と、（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作と、（３）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含まれており、前記アプローチ動作、前記位相合わせ動作及び前記挿入
動作は、動作プログラムでパラメータにより設定されて
おり、前記動作シーケンスの進行に従って各動作に適合した力
制御条件の下で行なわれるように、前記動作プログラム
は、前記動作シーケンスに含まれる各動作に関連する命
令に付属した力制御条件を記述するデータ配列を含み、前記力制御条件を記述するデータ配列の中で、挿入軸方
向について、力を一定に保つための制御条件が記述され
ており、且つ、該記述は前記一定に保たれる力の大きさ
が前記動作シーケンスの進行に従って少なくとも１回は
切り換えられるようになされている、前記力制御ロボットを用いた位相合わせ嵌合方法。
【請求項３】嵌合ワークを把持した力制御ロボットに
一連の動作シーケンスを実行させることによって、嵌合
に際して位相合わせを要求するワーク間の嵌合作業を実
行させるようにした力制御ロボットを用いた位相合わせ
嵌合方法であって、前記動作シーケンスには、少なくとも、（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近させ、位相合わ
せ開始可能な位置まで移動させるアプローチ動作と、（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作と、（３）嵌合ワークを挿入軸の回りで前記回転させて前記
嵌合ワークの姿勢を位相合わせ前の状態に復帰させる原
位相復帰動作と、（４）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含まれており、前記アプローチ動作、前記位相合わせ動作、前記原位相
復帰及び前記挿入動作は、動作プログラムでパラメータ
により設定されており、前記動作シーケンスの進行に従って各動作に適合した力
制御条件の下で行なわれるように、前記動作プログラム
は、前記動作シーケンスに含まれる各動作に関連する命
令に付属した力制御条件を記述するデータ配列を含んで
いる、力制御ロボットを用いた位相合わせ嵌合方法。
【請求項４】嵌合ワークを把持した力制御ロボットに
一連の動作シーケンスを実行させることによって、嵌合
に際して位相合わせを要求するワーク間の嵌合作業を実
行させるようにした力制御ロボットを用いた位相合わせ
嵌合方法であって、前記動作シーケンスには、少なくとも、（１）嵌合ワークを被嵌合ワークに接近させ、位相合わ
せ開始可能な位置まで移動させるアプローチ動作と、（２）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸の回りで回転させる位相合わせ動作と、（３）嵌合ワークを挿入軸の回りで前記回転させて前記
嵌合ワークの姿勢を位相合わせ前の状態に復帰させる原
位相復帰動作と、（４）嵌合ワークを被嵌合ワークに対して押し付けなが
ら挿入軸に沿って移動させる挿入動作が含まれており、前記アプローチ動作、前記位相合わせ動作、前記原位相
復帰及び前記挿入動作は、動作プログラムでパラメータ
により設定されており、前記動作シーケンスの進行に従って各動作に適合した力
制御条件の下で行なわれるように、前記動作プログラム
は、前記動作シーケンスに含まれる各動作に関連する命
令に付属した力制御条件を記述するデータ配列を含んで
おり、前記力制御条件を記述するデータ配列の中で、挿入軸方
向について、力を一定に保つための制御条件が記述され
ており、且つ、該記述は前記一定に保たれる力の大きさ
が前記動作シーケンスの進行に従って少なくとも１回は
切り換えられるようになされている、前記力制御ロボッ
トを用いた位相合わせ嵌合方法。
【請求項５】前記力制御がインピーダンス制御であ
り、前記力制御条件を記述するデータ配列がインピーダ
ンス制御を実行するためのパラメータを記述している請
求項１〜請求項４のいずれか１項に記載された、力制御
ロボットを用いた位相合わせ嵌合方法。
【請求項６】前記嵌合ワークと被嵌合ワークがハーモ
ニック駆動装置の組立部品である、請求項１〜請求項５
のいずれか１項に記載された、力制御ロボットを用いた
位相合わせ嵌合方法。