自动组装装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种用来将一个部件自动地嵌合于另一个部件的自动组装装置及其控制方法。

背景技术：

以往，已知有将插入部件自动地嵌合于收容部件的凹部或孔中的自动组装装置。以往的自动组装装置是将与嵌合方向正交的方向的截面为圆形的插入部件嵌合于同样具有圆形截面的收容部件的凹部或孔中。

以往的自动组装装置所处理的插入部件及收容部件由于与嵌合方向正交的方向的截面为圆形，所以在嵌合时，无须将围绕在嵌合方向延伸的中心轴线的插入部件与收容部件的相对角度位置预先对准。

如上所述，以往的自动组装装置是以与嵌合方向正交的方向的截面为圆形的插入部件及收容部件为对象，在插入部件及收容部件的至少一个部件具有非圆形截面的情况下无法处理。

作为截面非圆形的插入部件的一例，列举插入在波动齿轮装置的薄片花键(flake spline)中的波形发生器(专利文献1)。波形发生器的结构是在椭圆状凸轮的外周嵌合薄壁的球轴承(ball bearing)。薄片花键由薄壁杯状的金属弹性部件构成，在外周形成着齿。

此外，与嵌合方向正交的方向的薄片花键的截面形状在嵌合波形发生器之前的状态下为圆形，通过嵌合波形发生器，薄片花键的截面沿着波形发生器的椭圆截面形状弹性变形为椭圆状。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭62-113941号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

如上所述，在波动齿轮装置中，作为插入部件的波形发生器在与其嵌合方向正交的方向上的截面并非圆形而是椭圆形。另一方面，作为收容部件的薄片花键由薄壁杯状的金属弹性部件构成为截面圆形状。

而且，在薄片花键的周围配置着圆形花键，形成在薄片花键的外周面的外齿的数量与形成在圆形花键的内周面的内齿的数量不一致。例如，圆形花键的齿数比薄片花键的齿数多两个。

因此，薄片花键的多个外齿与圆形花键的多个内齿的对向状态在圆周方向上并不一样，能够互相啮合的部分与不能够互相啮合的部分混合存在。因此，在将截面椭圆形状的波形发生器嵌合于截面圆形状的薄片花键的情况下，会导致因嵌合而向外侧鼓出的部分的薄片花键的外齿与圆形花键的内齿有时啮合，有时不啮合。

其结果，将波动齿轮装置的波形发生器嵌合于薄片花键的作业变得复杂，要由作业者通过手动作业进行。也就是说，作业者抓持安装着波形发生器的马达，一面使波形发生器与薄片花键围绕在嵌合方向延伸的轴线彼此相对旋转，一面凭感觉找出薄片花键的外齿与圆形花键的内齿啮合的位置。

如果凭感觉找出了薄片花键的外齿与圆形花键的内齿啮合的位置，那么作业者从此处稍微施加压力，一面使波形发生器在正反方向旋转，一面将波形发生器压进薄片花键中。

此时，如果想要在薄片花键的外齿与圆形花键的内齿不啮合的位置强行将波形发生器压入到薄片花键中，或过分地施加压入力，那么也有可能导致波动齿轮装置无法正常工作。

如上所述，将波形发生器与薄片花键互相嵌合的作业是由作业员进行的手动作业，而且，关于力调整或相位对准等也需要个人的技能，因此存在作业负担大的问题。

另外，并不限定于波动齿轮装置的波形发生器及薄片花键，在插入部件及收容部件的至少一个部件的与嵌合方向正交的方向的截面为非圆形的情况下，嵌合动作的自动化也困难。例如，为了将截面椭圆状的插入部件嵌合于截面椭圆状的收容部件，必须在嵌合前预先将两个部件的相位对准。

本发明是鉴于所述以往技术的问题而开发的，目的在于提供一种自动组装装置及其控制方法，所述自动组装装置即便在互相嵌合的一个部件及另一个部件中的至少一个部件的与嵌合方向正交的方向上的截面为非圆形的情况下，也能互相无障碍地嵌合。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，本发明的第1形态是一种自动组装装置，其特征在于：其是用来将一个部件与另一个部件自动地嵌合的装置，且具备：基部；线性驱动器件，用来沿着所述一个部件及所述另一个部件的嵌合方向而线性驱动所述基部；旋转驱动器件，用来围绕在所述嵌合方向延伸的中心轴线而旋转驱动所述基部；活动部，以能够相对于所述基部沿着所述嵌合方向移动的方式设置；部件保持器件，设置在所述活动部，用来将所述一个部件以能够释放的方式保持；弹性器件，用来对所述基部与所述活动部之间赋予弹力；传感器器件，用来取得与所述基部与所述活动部之间的距离的变化相关的距离变化信息；以及嵌合状态判定器件，用来根据所述距离变化信息来判定所述一个部件与所述另一个部件的嵌合状态。

本发明的第2形态根据第1形态，特征在于，所述线性驱动器件及所述旋转驱动器件由机械臂构成，所述基部安装在所述机械臂。

本发明的第3形态根据第2形态，特征在于，所述嵌合状态判定器件由机器人控制器构成，所述机器人控制器用来控制所述机械臂。

本发明的第4形态根据第2或第3形态，特征在于，所述部件保持器件以由机器人控制器控制的方式构成，所述机器人控制器用来控制所述机械臂。

本发明的第5形态根据第1至第4形态中的任一形态，特征在于，所述弹性器件具有气缸。

本发明的第6形态根据第1至第5形态中的任一形态，特征在于，所述传感器器件具有测距仪，所述测距仪用来测量所述基部与所述活动部之间的距离。

本发明的第7形态根据第1至第6形态中的任一形态，特征在于，所述一个部件的与所述嵌合方向正交的方向上的截面为椭圆形，所述另一个部件具有供所述一个部件插入的收容凹部。

本发明的第8形态根据第7形态，特征在于，所述收容凹部由可挠性材料形成。

本发明的第9形态根据第8形态，特征在于，所述收容凹部的与所述嵌合方向正交的方向上的截面为圆形，在将所述一个部件插入到所述收容凹部时所述另一个部件在所需要的长轴方向上弹性变形。

为了解决所述问题，本发明的第10形态是一种自动组装装置的控制方法，其特征在于：其是控制第1至第9形态中任一形态的自动组装装置的方法，且具备：部件配置步骤，在由所述部件保持器件保持所述一个部件的状态下，将所述一个部件配置在所述另一个部件的正上方的接近位置(approach position)；预备嵌合动作步骤，使所述基部向所述另一个部件移动特定的预备嵌合动作距离；预备嵌合成功与否判定步骤，根据所述距离变化信息，来判定所述一个部件对所述另一个部件的预备嵌合是否成功；完全嵌合步骤，在判定为所述预备嵌合成功的情况下，将所述一个部件完全嵌合于所述另一个部件中；以及部件退避步骤，在判定为所述预备嵌合失败的情况下，使所述一个部件退避到所述接近位置。

本发明的第11形态根据第10形态，特征在于，与所述部件退避步骤同时或在之后还具有部件旋转步骤，所述部件旋转步骤使所述一个部件围绕所述中心轴线旋转特定的角度。

本发明的第12形态根据第11形态，特征在于，重复进行在所述部件退避步骤及所述部件旋转步骤之后实施所述预备嵌合动作步骤的动作，如果该重复动作的次数超过特定数那么结束嵌合动作。

本发明的第13形态根据第10至第12形态中的任一形态，特征在于，在所述完全嵌合步骤中，使所述一个部件围绕所述中心轴线旋转。

本发明的第14形态根据第10至第13形态中的任一形态，特征在于，所述一个部件的与所述嵌合方向正交的方向上的截面为椭圆形，所述另一个部件具有供所述一个部件插入的收容凹部，所述收容凹部由可挠性材料形成。

[发明的效果]

根据本发明，能提供一种自动组装装置及其控制方法，所述自动组装装置即便在互相嵌合的一个部件及另一个部件中的至少一个部件中，与嵌合方向正交的方向上的截面为非圆形的情况下，也能互相无障碍地嵌合。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的自动组装装置的概略构成的前视图。

图2(a)是表示由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持与收容部件一起载置在作业台上的插入部件的状态的图，(b)是表示收容部件的相位的图。

图3(a)是表示将由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持的插入部件配置在收容部件的正上方的接近位置的状态的图，(b)是表示插入部件的相位的图，(c)是表示收容部件的相位的图。

图4(a)是表示由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持的插入部件向收容部件的预备嵌合失败的状态的图，(b)是表示插入部件的相位的图，(c)是表示收容部件的相位的图。

图5(a)是表示由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持的插入部件向收容部件的预备嵌合成功的状态的图，(b)是表示插入部件的相位的图，(c)是表示收容部件的相位的图。

图6(a)是表示将由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持的插入部件一面旋转一面压入到收容部件中的状态的图，(b)是表示插入部件的相位的图，(c)是表示收容部件的相位的图。

图7(a)是表示由图1所示的自动组装装置的末端效应器抓持的插入部件向收容部件的嵌合完成的状态的图，(b)是表示插入部件的相位的图，(c)是表示收容部件的相位的图。

图8是表示作为图1所示的自动组装装置的控制方法的嵌合动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的自动组装装置及其控制方法进行说明。

本实施方式的自动组装装置是用来将插入部件(一个部件)与收容部件(另一个部件)自动地嵌合的装置。此外，以下，以将波动齿轮装置的波形发生器(插入部件)与薄片花键(收容部件)嵌合的情况为例进行说明。

如图1所示，本实施方式的自动组装装置1具备多关节机器人的机器人控制器2、由机器人控制器2控制的多关节机器人的机械臂3、以及安装在机器人控制器3的前端的末端效应器4。

末端效应器4具有基部6，所述基部6固定在机械臂3的前端的旋转轴5。机械臂3构成用来沿着嵌合方向线性驱动基部6的基部驱动器件。机械臂3的前端的旋转轴5构成用来围绕在嵌合方向延伸的中心轴线A0而旋转驱动基部6的旋转驱动器件。

在基部6的下方，隔开而设置着活动部7。活动部7的线性运动动作是由上端固定在基部6的多个(在本例中为3根)引导部件8而引导。由此，活动部7能够相对于基部6沿着嵌合方向(中心轴线A0的方向)移动。在引导部件8的下端设置着止动部件9，通过止动部件9，限制活动部7向从基部6离开的方向移动。

在基部6与活动部7之间设置着气缸(弹性器件)10，气缸10的缸主体10A的后端固定在基部6，活塞10B的前端按压活动部7。利用该气缸10，对基部6与活动部7之间赋予弹力。

在活动部7的下表面设置着部件保持器件11，所述部件保持器件11用来将插入部件以能够释放的方式保持。部件保持器件11具有相对于中心轴线A0能够在半径方向移动的多个(在本例中为3个)活动抓持爪12，且构成为由多个活动抓持爪12夹持插入部件。由活动抓持爪12保持插入部件的动作由机器人控制器2控制。

在基部6设置着作为传感器器件13的测距仪14，所述传感器器件13用来取得有关基部6与活动部7之间的距离的变化的距离变化信息。测距仪14例如由光传感器构成，能够测量基部6与活动部7之间的距离。

测距仪14的输出信号(距离变化信息)被传送到机器人控制器2。机器人控制器2作为嵌合状态判定器件而发挥功能，所述嵌合状态判定器件用来根据已经取得的距离变化信息，而判定插入部件与收容部件的嵌合状态。

接着，参照图2至图8，对控制本实施方式的自动组装装置1，将作为插入部件的波形发生器与作为收容部件的薄片花键嵌合的方法进行说明。

此外，如上所述，与嵌合方向正交的方向上的薄片花键(收容部件)的截面形状在嵌合波形发生器(插入部件)之前的状态下为圆形，通过嵌合波形发生器，而薄片花键的截面沿着波形发生器的椭圆截面形状弹性变形为椭圆状。

另外，薄片花键的外齿与圆形花键的内齿由于它们的齿数不同，而存在能够互相啮合的部分与无法互相啮合的部分。

在图2至图7(c)中，为了明示薄片花键的外齿与圆形花键的内齿能够啮合的部分与无法啮合的部分，而以椭圆形状表示收容部件的形状。也就是说，与椭圆的长轴对应的部分对应于能够啮合的部分，除此以外的部分对应于无法啮合的部分。也就是说，在能够弹性变形的圆形的薄片花键通过波形发生器的插入而与图2至图7(c)所示的椭圆的长轴一致的情况下能够啮合。

在使用本实施方式的自动组装装置1将波形发生器嵌合于薄片花键中时，首先，开始自动组装装置1的嵌合动作(图8的步骤S1)，由机器人控制器2控制机械臂3及部件保持器件11，由活动抓持爪12保持载置在图2所示的作业台15上的插入部件(一个部件)16。更详细来说，由活动抓持爪12保持安装着作为插入部件16的波形发生器的马达。在载置台15上，还载置着与插入部件16嵌合的收容部件17。收容部件17为由可挠性金属材料形成的薄片花键，在薄片花键的周围配置着圆形花键。

在由活动抓持爪12保持插入部件16的状态下驱动机械臂3，如图3(a)所示，使插入部件16移动到收容部件17的正上方的接近位置(插入部件配置步骤：图8的步骤S2)。此时的基部6与活动部7的距离为最大距离L0。

在图3(a)所示的状态下，旋转驱动机械臂3前端的旋转轴5，使插入部件16与基部6一起围绕中心轴A0旋转特定角度(插入部件旋转步骤：图8的步骤S3)。此时的特定角度能够根据插入部件16与收容部件17的形状而任意地决定，在本例中为10°左右。

接着，驱动机械臂3，使基部6沿着嵌合方向(中心轴线A0的方向)朝向收容部件17移动特定的预备嵌合动作距离L2(图4(a)、图5(a))(预备嵌合动作步骤：图8的步骤S4)。

在预备嵌合动作步骤S4中，在如图4(b)、(c)所示插入部件16的相位与收容部件17的相位不一致的情况下，将插入部件16的下表面压抵于收容部件17的上端。由此，从收容部件17对插入部件16作用反作用力，通过该反作用力，如图4(a)所示，抵抗气缸10的弹力而将活动部7推向基部6的方向。

因此，通过测距仪14而测量的基部6与活动部7的距离如图4(a)所示成为L0－△L1。机器人控制器2检测基部6与活动部7的距离从L0变化为L0－△L1，判定插入部件16与收容部件17的预备嵌合失败(预备嵌合成功与否判定步骤：图8的步骤S5)。

在预备嵌合成功与否判定步骤S5中判定为预备嵌合失败的情况下，判定预备嵌合动作次数是否为特定数以下(图8的步骤S6)，在超过特定数的情况下结束嵌合动作(图8的步骤S7)。

另一方面，在预备嵌合动作次数为特定数以下的情况下，返回到插入部件配置步骤S2，驱动机械臂3使插入部件16退避到接近位置(插入部件退避步骤：图8的步骤S2＝插入部件配置步骤)。

在插入部件退避步骤S2之后，再次实施插入部件旋转步骤S3、预备嵌合动作步骤S4、及预备嵌合成功与否判定步骤S5。此外，插入部件旋转步骤S3也可与插入部件退避步骤S2同时实施。

在预备嵌合动作步骤S4中，在如图5(b)、(c)所示插入部件16的相位与收容部件17的相位大致一致的情况下，如图5(a)所示将插入部件16稍微嵌合于收容部件17的收容凹部之中(预备嵌合位置)。在该状态下，从收容部件17对插入部件16作用的反作用力为零或充分小，所以活动部7不会抵抗气缸10的弹力向基部6的方向移动，或者即便移动也只移动微小的距离。

也就是说，通过测距仪14而测量的基部6与活动部7的距离未从最大距离L0变化或成为比最大距离L0稍微小的距离。因此，机器人控制器2在使基部6下降特定的预备嵌合动作距离L2的时点，侦测出基部6与活动部7的距离未从最大距离L0变化或稍微变化，判定插入部件16与收容部件17的预备嵌合大致成功(预备嵌合成功与否判定步骤：图8的步骤S5)。

在如图6(b)、(c)所示插入部件16的相位与收容部件17的相位大致一致的预备嵌合状态下，如图6(a)所示，驱动机械臂3，使基部6朝向收容部件17移动特定的按压动作距离L4(按压动作步骤：图8的步骤S8)。

此时，在从收容部件17对插入部件16作用的反作用力不为零的情况下，抵抗气缸10的弹力而将活动部7稍微压入到基部6侧，如图6(a)所示基部6与活动部7的距离成为L0－△L3。

在该状态下，如图6(b)箭头所示，旋转驱动机械臂3前端的驱动轴5，使插入部件16的内侧旋转部(截面为椭圆状)与基部6一起在正反方向旋转(图8的步骤S9)。更具体来说，作为插入部件16的波形发生器的内侧部分构成为能够经由轴承而旋转，使该内侧旋转部与基部6一起旋转。该旋转动作使薄片花键的外齿与圆形花键的内齿的啮合状态为更完全啮合的状态，促进由气缸10的弹力实施的插入部件16的嵌合动作。也就是说，在所述预备嵌合状态下，存在薄片花键的外齿与圆形花键的内齿未必成为完全啮合的状态的情况。因此，通过使波形发生器的内侧旋转部(截面为椭圆状)在正反方向旋转，而使薄片花键的鼓出部分在圆周方向移动，从而使薄片花键的外齿与圆形花键的内齿的啮合状态为完全啮合的状态。

在如图7(b)、(c)所示插入部件16的相位与收容部件17的相位一致的状态下，如果利用气缸10的弹力而将插入部件16嵌合到特定的高度(深度)，那么如图7(a)所示，通过测距仪14而测量的基部6与活动部7的距离成为L0－L5(L3＞L5)。机器人控制器2侦测到基部6与活动部7的距离成为L0－L5(图8的步骤S10)，结束嵌合动作(图8的步骤S11)。

另一方面，在基部6与活动部7的距离未达到L0－L5的情况下，返回到步骤S9，使插入部件16与收容部件17一起再次在正反方向旋转。重复进行该动作直至在步骤S10中判定为嵌合完成为止。

此外，所述步骤S8及步骤S9构成本发明的自动组装装置的控制方法中的完全嵌合步骤。

如以上所述，根据本实施方式的自动组装装置1及其控制方法，判定插入部件16与收容部件17的预备嵌合的成功与否，在失败的情况下，使插入部件16退避，并旋转特定量之后，再次实施预备嵌合动作，所以，即便在与嵌合方向正交的方向上的截面为非圆形的插入部件16及收容部件17中，也能使这些部件无障碍地嵌合。

另外，由于利用气缸10的弹力来实施从预备嵌合位置到完全嵌合位置为止的完全嵌合动作，所以能防止在完全嵌合动作时对插入部件16及收容部件17施加过多的力。

本实施方式的自动组装装置1及其控制方法即便在需要像波动齿轮装置的波形发生器(插入部件)与薄片花键(收容部件)的嵌合一样的精细的操作的情况下，也能无障碍地优选地使用。但是，本发明的自动组装装置及其控制方法也能广泛应用于波动齿轮装置的组装以外。

此外，在所述实施方式中，对使用多关节机器人的自动组装装置进行了说明，但本发明的自动组装装置未必需要多关节机器人，例如，也可以使用将能控制行程的线性驱动机构与能控制旋转量的旋转驱动机构组合而成的装置，来代替多关节机器人。

另外，在所述实施方式中，对使插入部件16移动而嵌合于收容部件17中的构成进行了说明，但在本发明的自动组装装置及其控制方法中，也可以利用部件保持器件，保持具有收容凹部的收容部件，使收容部件朝向插入部件移动，使收容部件盖住插入部件而将两个部件嵌合。

另外，在所述实施方式中，对如下情况进行了说明，即，在一个部件为椭圆形，且将其插入到为圆形且能弹性变形的另一个部件的情况下，使另一个部件在所需要的长轴方向上弹性变形，将这些部件自动地嵌合，但本发明的自动组装装置及其控制方法并不限定于这样的情况。例如，在另一个部件也为椭圆形，且使一个部件及另一个部件的长轴一致这样的情况下，也能使用本发明的自动组装装置及其控制方法。

[符号的说明]

1 自动组装装置

2 机器人控制器

3 机械臂

4 末端效应器

5 旋转轴

6 基部

7 活动部

8 引导部件

9 止动部件

10 气缸(弹性器件)

10A 气缸的缸主体

11 部件保持器件

12 活动抓持爪

13 传感器器件

14 测距仪

15 作业台

16 插入部件(一个部件)

17 收容部件(另一个部件)

A0 中心轴线