JP7567370B2 - 嵌合方法、及び、ロボットシステム - Google Patents

Description

本開示は、ロボットを用いて第１対象物を第２対象物に嵌合させる嵌合方法、及び、ロボットシステムに関する。

特許文献１には、ロボットを用いて２つの対象物の嵌合作業を行い、作業後に対象物が正しく嵌合されているかを検査する嵌合検査方法が開示されている。嵌合の対象物は、メスコネクターとオスコネクターである。この従来技術では、２つのコネクターの嵌合後に、嵌合解除可能な力より小さな引っ張り力でコネクターを解除方向に引き，そのときの力に応じて嵌合状態の良否を判定する。

特開２００８－１０８６３０号公報

しかしながら、従来技術では、解除方向に対象物を移動させる際の力に応じて嵌合の良否を判定しているので、対象物同士が固着してしまっているような不良とするべき嵌合であっても、良好と誤判定してしまう可能性があるという問題があった。

本開示の第１の形態によれば、ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットを用いて、前記第１対象物を第２対象物に嵌合させる嵌合方法が提供される。この嵌合方法は、（ａ）前記ロボットの制御部が、前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出し、前記第１対象物が前記第１位置に達した後に前記第１対象物を前記嵌合方向に沿って更に移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた到達閾値以上となった位置である到達位置を検出するとともに、前記第１位置と前記到達位置の間の範囲であって前記到達位置を含まない範囲を許容位置範囲として設定する工程と、（ｂ）前記制御部が、前記到達位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する工程と、（ｃ）前記制御部が、前記第２位置が前記許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する工程と、を含む。

本開示の第２の形態によれば、第１対象物を第２対象物に嵌合させるロボットシステムが提供される。このロボットシステムは、ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて前記第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、（ａ）前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出し、前記第１対象物が前記第１位置に達した後に前記第１対象物を前記嵌合方向に沿って更に移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた到達閾値以上となった位置である到達位置を検出するとともに、前記第１位置と前記到達位置の間の範囲であって前記到達位置を含まない範囲を許容位置範囲として設定する処理と、（ｂ）前記到達位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する処理と、（ｃ）前記第２位置が前記許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する処理と、を実行する。

実施形態におけるロボットシステムの構成例の説明図。 情報処理装置の機能ブロック図。 第１実施形態で使用する対象物を示す説明図。 実施形態における嵌合処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態におけるステップＳ１０の処理手順を示すフローチャート。 第１実施形態の嵌合動作における力の経時的変化を示すタイミングチャート。 第１実施形態における嵌合と判定の動作を示す説明図。 力の経時的変化の許容範囲を示す説明図。 第２実施形態で使用する対象物を示す説明図。 第２実施形態におけるステップＳ１０の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態における嵌合と判定の動作を示す説明図。

Ａ．第１実施形態
図１は、一実施形態におけるロボットシステムの一例を示す説明図である。このロボットシステムは、第１ワークＷＫ１１を把持するロボット１００と、ロボット１００を制御する制御装置２００と、情報処理装置３００と、第２ワークＷＫ１２を載置する架台４００とを備える。情報処理装置３００は、例えばパーソナルコンピューターである。図１には、３次元空間の直交座標系を規定する３つの軸Ｘ，Ｙ，Ｚが描かれている。Ｘ軸とＹ軸は水平方向の軸であり、Ｚ軸は鉛直方向の軸である。

架台４００には、第２ワークＷＫ１２を保持するホルダー４１０が固定されている。ロボット１００は、第１ワークＷＫ１１を把持して第２ワークＷＫ１２に嵌合させる嵌合動作を実行する。嵌合動作については更に後述する。架台４００の支柱には、第２ワークＷＫ１２の画像を撮影可能なカメラ４２０が設置されている。カメラ４２０で撮影された画像は、第２ワークＷＫ１２の位置や形状を認識するために使用可能である。なお、カメラ４２０は、他の場所に設置されていてもよく、ロボット１００に設置されていてもよい。また、カメラ４２０を省略してもよい。

ロボット１００は、基台１１０と、アーム１２０と、を備えている。アーム１２０は、６つの関節で順次接続されている。アーム１２０の先端部であるアームエンド１２２には、力検出部１４０と、エンドエフェクター１５０が装着されている。図１の例では、エンドエフェクター１５０は、第１ワークＷＫ１１を把持するグリッパーである。本開示では、アーム１２０とエンドエフェクター１５０を併せた機構を「可動部」と呼ぶ。

アーム１２０は、６つの関節Ｊ１～Ｊ６で順次接続されている。これらの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、３つの関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は曲げ関節であり、他の３つの関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６はねじり関節である。本実施形態では６軸ロボットを例示しているが、１個以上の関節を有する任意のアーム機構を有するロボットを用いることが可能である。また、本実施形態のロボット１００は、垂直多関節ロボットであるが、水平多関節ロボットを使用してもよい。また、本開示は、ロボット以外の装置にも適用可能である。

力検出部１４０は、ロボット１００の可動部に掛かる外力を計測する６軸の力覚センサーである。力検出部１４０は、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交する３つの検出軸を有し、各検出軸に平行な力の大きさと、各検出軸回りのトルク（力のモーメント）の大きさとを検出する。各検出軸に平行な力を「並進力」と呼ぶ。また、各検出軸回りのトルクを「回転力」と呼ぶ。本開示において、「力」という用語は、並進力と回転力の両方を含む意味で使用される。また、本開示において、ロボット１００の可動部に掛かる力は、第１ワークＷＫ１１に掛かる力と同義語である。

力検出部１４０は、６軸の力を検出するセンサーである必要はなく、より少ない方向の力を検出するセンサーを使用してもよい。また、力検出部１４０をアーム１２０の先端に設ける代わりに、アーム１２０のいずれか１つ以上の関節に力検出部としての力センサーを設けても良い。なお、「力検出部」は、力を検出する機能を有していればよい。すなわち、「力検出部」は、力覚センサーのように直接的に力を検出する装置でもよく、或いは、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit，慣性計測装置）や、アーム１２０のアクチュエーターの電流値から力を検出する装置のように、間接的に力を求める装置でもよい。また、「力検出部」は、ロボット１００に外付けされてもよく、ロボット１００に内蔵されていてもよい。

図２は、情報処理装置３００の機能を示すブロック図である。情報処理装置３００は、プロセッサー３１０と、メモリー３２０と、インターフェイス回路３３０と、インターフェイス回路３３０に接続された入力デバイス３４０及び表示部３５０と、を有している。インターフェイス回路３３０には、更に、カメラ４２０と制御装置２００が接続されている。

プロセッサー３１０は、ワークの嵌合動作とその良否の判定処理を実行する嵌合判定部３１２として機能する。嵌合判定部３１２の機能は、メモリー３２０に格納されたコンピュータープログラムをプロセッサー３１０が実行することによって実現される。但し、嵌合判定部３１２の機能の一部又は全部をハードウェア回路で実現してもよい。

メモリー３２０には、過去の検査履歴を示す検査履歴データＨＤと、動作プログラムＲＰが格納されている。検査履歴とは、嵌合動作と良否判定の履歴を意味する。検査履歴データＨＤの例については後述する。動作プログラムＲＰは、ロボット１００を動作させる複数の命令で構成されている。動作プログラムＲＰは、例えば、ロボット１００を用いて第１ワークＷＫ１１を把持し、第１ワークＷＫ１１を第２ワークＷＫ１２に嵌合する作業を実行する動作を制御するものとして構成される。

本開示において、嵌合の対象となる２つのワークを、「第１対象物」及び「第２対象物」とも呼ぶ。第１実施形態では、第１ワークＷＫ１１が「第１対象物」に相当し、第２ワークＷＫ１２が「第２対象物」に相当する。また、制御装置２００と情報処理装置３００が「制御部」に相当する。

図３は、第１実施形態で使用する第１ワークＷＫ１１と第２ワークＷＫ１２を示す説明図である。２つのワークＷＫ１１，ＷＫ１２は、主として樹脂で形成されており、いわゆるスナップフィットにより嵌合する物体である。第１ワークＷＫ１１はいわゆるオスコネクターであり、本体ＢＤ１１と、本体ＢＤ１１の外周に設けられた複数の係合突起ＦＴ１１と、複数のリード線ＬＤ１１とを有している。本体ＢＤ１１の外面には複数の接点が設けられているが、図３では図示を省略している。第２ワークＷＫ１２はいわゆるメスコネクターであり、本体ＢＤ１２と、本体ＢＤ１２の内部に形成された凹部ＤＰ１２とを有している。凹部ＤＰ１２の内面には複数の接点が設けられているが、図３では図示を省略している。凹部ＤＰ１２には、第１ワークＷＫ１１の複数の係合突起ＦＴ１１と係合する複数の係合凹部ＦＴ２２が設けられている。凹部ＤＰ１２の開口部ＯＰ１２は、第１ワークＷＫ１１の複数の係合突起ＦＴ１１が凹部ＤＰ１２に進入する際に抵抗となるように、係合突起ＦＴ１１の幅よりも小さな開口幅を有する。なお、これらのワークＷＫ１１，ＷＫ１２の形状は一例であり、他の任意の形状を有する対象物を使用できる。

第１ワークＷＫ１１の本体ＢＤ１１の先端部には、ロボット１００のＴＣＰ（ツールセンターポイント）が設定されている。ロボット１００のアーム１２０の位置は、このＴＣＰの位置として検出され、また、ＴＣＰの位置を用いてアーム１２０が制御される。ＴＣＰは、第１ワークＷＫ１１以外の位置に設定してもよい。この場合にも、エンドエフェクター１５０で第１ワークＷＫ１１を把持した状態では、ＴＣＰの位置変化と、第１ワークＷＫ１１の位置変化とが同じなので、ＴＣＰの位置を第１ワークＷＫ１１の位置と見なして、後述する嵌合の良否判定を行うことができる。

図４は、実施形態における嵌合処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、嵌合判定部３１２が、嵌合動作及び嵌合良否の判定を実行する。このステップＳ１０の詳細手順については後述する。ステップＳ２０では、嵌合が良好であった場合には処理を終了し、嵌合が不良であった場合にはステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、嵌合判定部３１２がロボット１００を制御して、第１ワークＷＫ１１を第２ワークＷＫ１２から取り外して廃棄する。この際、第２ワークＷＫ１２も廃棄してもよい。ステップＳ４０では、嵌合判定部３１２が、ロボット１００を嵌合作業の作業原点に復帰させる。ステップＳ５０では、嵌合判定部３１２が、ロボット１００に別の第１ワークＷＫ１１を把持させる。この後、ステップＳ１０に戻り、嵌合動作及び嵌合良否の判定を再度実行する。図４の処理を繰り返し実行することによって、第１ワークＷＫ１１と第２ワークＷＫ１２の嵌合作業を順次実行してゆくことができる。

図５は、第１実施形態におけるステップＳ１０の処理手順を示すフローチャートであり、図６は、嵌合動作においてロボット１００の可動部に掛かる力の経時的変化を示すタイミングチャート、図７は、嵌合と判定の動作を示す説明図である。本開示において、ロボット１００の可動部に掛かる力は、第１ワークＷＫ１１に掛かる力と同義語である。

ステップＳ１１０では、第１ワークＷＫ１１を嵌合方向Ｄｆに移動させて、第２ワークＷＫ１２に嵌合させる。この動作は、ステップＳ１２０において嵌合が完了したと判定されるまで継続される。図６に示すように、第１ワークＷＫ１１を第２ワークＷＫ１２に向けて挿入してゆくと、第１ワークＷＫ１１に掛かる力Ｆｔの大きさが一時的に増大して時刻ｔ０で第１閾値Ｆ１１を超え、その後に力Ｆｔが減少して、時刻ｔ１では第１閾値Ｆ１１よりも小さい第２閾値Ｆ１２以下に低下する。その後、第１ワークＷＫ１１を更に挿入してゆき、力Ｆｔの大きさが到達閾値Ｆｅに達すると、ステップＳ１１０における嵌合が完了したものと判断される。なお、閾値Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆｅは予め設定されている。

図７に示すように、時刻ｔ１において力Ｆｔの大きさが第２閾値Ｆ１２を下回ったときのロボット１００のＴＣＰの位置Ｐ１１は、第１ワークＷＫ１１の「第１位置Ｐ１１」として、ロボット１００の制御装置２００から嵌合判定部３１２に通知される。この第１位置Ｐ１１は、２つのワークＷＫ１１，ＷＫ１２が嵌合したと判断される位置である。また、時刻ｔ２において、力Ｆｔの大きさが到達閾値Ｆｅ以上となった位置Ｐｅは、第１ワークＷＫ１１の「到達位置Ｐｅ」として、ロボット１００の制御装置２００から嵌合判定部３１２に通知される。第１ワークＷＫ１１が到達位置Ｐｅに達すると、嵌合が完了したものと判断される。図５のステップＳ１３０では、嵌合判定部３１２が、第１位置Ｐ１１と到達位置Ｐｅを記憶する。

ステップＳ１４０では、嵌合判定部３１２が、図７の右端に示すように第１ワークＷＫ１１を解除方向Ｄｒに移動させ、ステップＳ１５０では、第１ワークＷＫ１１に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達したときのＴＣＰの位置Ｐ１２を検出する。解除方向Ｄｒは、嵌合方向Ｄｆとは逆向きの方向である。このときの力の基準値は、第１ワークＷＫ１１を第２ワークＷＫ１２から解除するのに必要な力よりも弱い力に予め設定されている。このときの位置Ｐ１２は、第１ワークＷＫ１１の「第２位置Ｐ１２」として嵌合判定部３１２によって記憶される。第１実施形態において、解除方向Ｄｒは、嵌合の良否の判定のために使用される「判定方向」に相当する。

ステップＳ１６０では、嵌合判定部３１２が、第２位置Ｐ１２が第１位置Ｐ１１に応じて設定される許容位置範囲内にあるか否かを判定する。第１実施形態において、第２位置Ｐ１２の許容位置範囲は、第１位置Ｐ１１と到達位置Ｐｅの間の範囲として設定される。図７の例において、３つの位置Ｐ１１，Ｐｅ，Ｐ１２のＺ座標値のみを比較したときに、次の（１）式が成立する場合には、第２位置Ｐ１２が許容位置範囲に入っているものと判定され、嵌合状態が良好であるものと判定される。
Ｐｅ＜Ｐ１２≦Ｐ１１ …（１）
一方、（１）式が成立しない場合には、第２位置Ｐ１２が許容位置範囲に入っていないものと判定され、嵌合状態が不良であるものと判定される。なお、第２位置Ｐ１２が許容位置範囲内にあるか否かの判定は、位置Ｐ１１，Ｐｅ，Ｐ１２の絶対座標値を用いて行ってもよく、相対座標値を用いて行ってもよい。上記（１）式から理解できるように、許容位置範囲の両端の位置Ｐｅ，Ｐ１１は一致していないので、許容位置範囲は、１つの位置のみでなく、複数の位置を含む範囲として設定される。

なお、ステップＳ１４０～Ｓ１６０における嵌合の判定において、解除方向Ｄｒ以外の方向を判定方向として用いてもよい。この場合にも、判定方向は嵌合方向Ｄｆと異なる方向に設定される。また、複数の判定方向に関して嵌合の判定を実行してもよい。複数の判定方向を使用するときには、複数の判定方向のうちの少なくとも１つの方向において第２位置Ｐ１２がその許容位置範囲内にある場合に、２つのワークの嵌合状態が良好と判定することが好ましい。こうすれば、嵌合状態の良否の判定をより正確に行うことができる。

嵌合状態が良好か否かの判定条件は、以下の２つの条件を含むものとしてもよい。
＜第１条件＞
第２位置Ｐ１２が、第１位置Ｐ１１に応じて設定される許容位置範囲内にあること。
＜第２条件＞
ステップＳ１１０，Ｓ１２０における嵌合動作において、第１ワークＷＫ１１に掛かった力の大きさ、又は、第１ワークＷＫ１１の位置の経時的変化が、予め設定された許容範囲内にあること。
この場合に、第１条件と第２条件が両方成立した場合に、嵌合状態が良好であると判定され、第１条件と第２条件の少なくとも一方が成立しない場合に、嵌合状態が不良であると判定される。このように、第１条件と第２条件の両方が成立したときに嵌合状態が良好と判定すれば、嵌合の良否を誤判定する可能性を更に低減できる。

図８は、第１ワークＷＫ１１に掛かる力Ｆｔの経時的変化の許容範囲を示す説明図である。実線で示す力Ｆｔの経時的変化は、図６に示したものと同じである。嵌合判定部３１２は、嵌合動作時において第１ワークＷＫ１１に掛かった力Ｆｔの大きさの経時的変化を記憶するとともに、その経時的変化の許容範囲を設定する。図８において、力Ｆｔの経時的変化の許容範囲を示す上限曲線Ｆｕと下限曲線Ｆｄとが設定されている。これらの曲線Ｆｕ，Ｆｄの間に力Ｆｔの経時的変化が入っている場合に、上記第２条件が成立するものと判定される。なお、第１ワークＷＫ１１の力Ｆｔの大きさの代わりに、第１ワークＷＫ１１の位置、すなわち、ＴＣＰの位置の経時的変化を用いてもよい。力の経時的変化又はＴＣＰの位置の経時的変化、及び、その許容範囲は、検査履歴データＨＤとしてメモリー３２０に保存されている。

なお、第１ワークＷＫ１１に掛かる力Ｆｔ又は第１ワークＷＫ１１の位置の経時的変化の許容範囲は、嵌合が良好と判定された時の経時的変化と、嵌合が不良と判定された時の経時的変化の少なくとも一方に基づいて設定することが可能であり、それらの両方に基づいて設定されることが好ましい。このような経時的変化の許容範囲は、機械学習で逐次的に学習して最適化するようにしてもよい。

以上のように、第１実施形態では、２つのワークＷＫ１１，ＷＫ１２の嵌合後に、嵌合方向Ｄｆとは逆の解除方向Ｄｒに向けて第１ワークＷＫ１１を移動させたときの第２位置Ｐ１２が、第１位置Ｐ１１に応じて設定される許容位置範囲内にあること、という第１条件を含む判定条件が成立する場合に、嵌合状態が良好と判定する。従って、嵌合の良否を誤判定する可能性を低減できる。

Ｂ．第２実施形態
図９は、第２実施形態で使用する２つのワークＷＫ２１，ＷＫ２２を示す説明図であり、第２ワークＷＫ２２に第１ワークＷＫ２１が嵌合している状態を示している。第１ワークＷＫ２１は、外径Ｄ２１の円柱状の外形を有する。ロボット１００のＴＣＰは、第１ワークＷＫ２１の底面の中央に設定されている。第２ワークＷＫ２２は、２つの円筒状の凹部ＨＬ２１，ＨＬ２２を有する。第１の凹部ＨＬ２１は第１ワークＷＫ２１を収容するために形成されており、第１の凹部ＨＬ２１の内径ＤＨ２１は、第１ワークＷＫ２１の外径Ｄ２１よりも大きな値に設定されている。第２の凹部ＨＬ２２は、他の目的のために形成されており、第２の凹部ＨＬ２２の内径ＤＨ２２は、第１の凹部ＨＬ２１の内径ＤＨ２１よりも大きく設定されている。但し、第２の凹部ＨＬ２２は省略してもよい。なお、第２実施形態では、２つのワークＷＫ２１，ＷＫ２２の嵌合は、スナップフィットではなく、嵌合時に大きな抵抗は生じない。

第２実施形態におけるロボットシステムの構成は、図１及び図２に示したものと同じである。また、嵌合処理の全体手順は、図３に示したものと同じである。第２実施形態における嵌合の良否の判定は、第１ワークＷＫ２１が、第２ワークＷＫ２２の第１の凹部ＨＬ２１に挿入されているか否かを判定する処理である。

図１０は、第２実施形態における図４のステップＳ１０の処理手順を示すフローチャートであり、図１１は、第２実施形態における嵌合と判定の動作を示す説明図である。図１０のステップＳ２１０～Ｓ２６０は、第１実施形態の図５のステップＳ１１０～Ｓ１６０にほぼ対応している。但し、第２実施形態において、嵌合の判定のために第１ワークＷＫ２１を移動させる方向である判定方向は、第１実施形態における判定方向である解除方向Ｄｒとは異なる方向に設定される。

ステップＳ２１０では、第１ワークＷＫ２１を嵌合方向に移動させて、第２ワークＷＫ２２に嵌合させる。この動作は、ステップＳ２２０において嵌合が完了したと判定されるまで継続される。図１１では明示していないが、嵌合方向は－Ｚ方向、すなわち、鉛直下向き方向である。第２実施形態では、第１ワークＷＫ２１に掛かる力が予め定められた閾値以上となったときに嵌合が完了したもの判断される。図１１に示すように、このときのロボット１００のＴＣＰの位置Ｐ２１は、第１ワークＷＫ２１の「第１位置Ｐ２１」として、ロボット１００の制御装置２００から嵌合判定部３１２に通知される。図１０のステップＳ２３０では、嵌合判定部３１２が、第１位置Ｐ２１を記憶する。

ステップＳ２４０では、嵌合判定部３１２が、図１１に示すように第１ワークＷＫ２１を判定方向Ｄｊに移動させ、ステップＳ２５０では、第１ワークＷＫ２１に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達したときのＴＣＰの位置Ｐ２２を検出する。判定方向Ｄｊは、嵌合方向Ｄｆとは異なる任意の方向として設定可能である。第２実施形態では、判定方向Ｄｊは、水平方向である＋Ｘ方向である。このときの力の基準値は、第１ワークＷＫ２１が第２ワークＷＫ２２の第１の凹部ＨＬ２１の内面に接したときに受ける力として予め設定されている。このときの位置Ｐ２２は、第１ワークＷＫ２１の「第２位置Ｐ２２」として嵌合判定部３１２によって記憶される。

ステップＳ２６０では、嵌合判定部３１２が、第２位置Ｐ２２が第１位置Ｐ２１に応じて設定される許容位置範囲内にあるか否かを判定する。第２実施形態において、第２位置Ｐ２２の許容位置範囲は、第１位置Ｐ２１の座標値と第２位置Ｐ２２の座標値との差分の絶対値｜Ｐ２２－Ｐ２１｜が、ゼロより大きく、かつ、第１の凹部ＨＬ２１の内径ＤＨ２１と第１ワークＷＫ２１の外径Ｄ２１との差分（ＤＨ２１－Ｄ２１）未満となる範囲として設定される。例えば、位置Ｐ２１，Ｐ２２のＸ座標値のみを比較したときに、次の（２）式が成立する場合には、第２位置Ｐ２２が許容位置範囲に入っているものと判定され、嵌合状態が良好であるものと判定される。
０＜｜Ｐ２２－Ｐ２１｜＜（ＤＨ２１－Ｄ２１） …（２）
ここで、ＤＨ２１，Ｄ２１の値としては、第１ワークＷＫ２１と第２ワークＷＫ２２の設計値が使用される。

上記（２）式が成立しない場合には、第２位置Ｐ２２が許容位置範囲に入っていないものと判定され、嵌合状態が不良であるものと判定される。なお、第２位置Ｐ２２が許容位置範囲内にあるか否かの判定は、位置Ｐ２１，Ｐ２２の絶対座標値を用いて行ってもよく、相対座標値を用いて行ってもよい。

ワークＷＫ２１，ＷＫ２２にはある程度の変形が発生するので、第２位置Ｐ２２の許容位置範囲を決定する際には、ワークＷＫ２１，ＷＫ２２の変形によるズレすなわちオフセットを考慮してもよい。具体的には、上記（２）式の右辺の項（ＤＨ２１－Ｄ２１）に、オフセットの成分を追加してもよい。この場合に、上記（２）式は以下の（３）式に拡張できる。
０＜｜Ｐ２２－Ｐ２１｜＜（ＤＨ２１－Ｄ２１＋α） …（３）
ここで、αは０以上の予め定められた値である。
この（３）式で与えられる第２位置Ｐ２２の許容位置範囲も、第１位置Ｐ２１に応じて設定された範囲に相当する。

なお、ステップＳ２４０～Ｓ２６０における嵌合の判定は、複数の判定方向に関して実行してもよい。例えば、判定方向Ｄｊを－Ｘ方向とした場合についても嵌合の良否判定を行ってもよく、＋Ｘ方向や－Ｘ方向以外の他の判定方向についても嵌合の良否判定を行ってもよい。第２実施形態では、判定方向Ｄｊは、嵌合方向に直交する方向に設定することが好ましいが、ワークの形状によっては、嵌合方向に直交する方向や嵌合方向と逆の解除方向以外の方向を判定方向Ｄｊとして設定することも可能である。また、２番目以降の判定方向に関して嵌合の判定を実行する場合には、第１位置Ｐ２１の座標は、嵌合の完了時に決定されていた第１位置Ｐ２１の座標をそのまま使用し、第２位置Ｐ２２の座標だけを変更することが好ましい。複数の判定方向を使用して嵌合の良否判定を行えば、より正確に判定を行うことが可能である。

複数の判定方向を使用するときには、以下のいずれかの判定方法を採用可能である。
＜判定方法１＞
少なくとも１つの判定方向において第２位置Ｐ２２がその許容位置範囲内にある場合に、嵌合状態が良好と判定する。
＜判定方法２＞
複数の判定方向のすべてにおいて第２位置Ｐ２２がその許容位置範囲内にある場合に、嵌合状態が良好と判定する。
＜判定方法３＞
複数の判定方向における第２位置Ｐ２２の平均位置がその許容位置範囲内にある場合に、嵌合状態が良好と判定する。

上記判定方法１又は判定方法２を使用する場合には、上記（３）式を使用して許容位置範囲内にあるか否かを判定できる。一方、判定方法３を使用する場合には、次式を使用して許容位置範囲内にあるか否かを判定できる。
０＜｜Ｐ２２ave－Ｐ２１｜＜（ＤＨ２１－Ｄ２１＋α）／２ …（４）
ここで、Ｐ２２aveは、複数の判定方向に沿って第２ワークＷＫ２１を移動させたときの第２位置Ｐ２２の平均位置座標であり、Ｐ２１は、嵌合の完了時に決定されていた第１位置Ｐ２１の座標である。右辺の（ＤＨ２１－Ｄ２１＋α）／２は、一つの判定方向における第１ワークＷＫ２１の移動で期待される移動量の上限を示している。

第２実施形態における嵌合の良否判定では、上記判定方法３を使用することができる。例えば、嵌合直後の状態が図１１の右図のような状態にある場合には、第２位置Ｐ２２が第１位置Ｐ２１から変わらないので上記（３）式や（４）式が成立せず、嵌合状態が不良であると判定されてしまう可能性がある。そこで、この場合には最終的な判定を保留して、判定方向Ｄｊを逆方向に変えて嵌合の良否判定を再度行うことが好ましい。２回目の良否判定において、第２位置Ｐ２２が第１位置Ｐ２１から変化して上記（４）式が成立した場合には、嵌合が良好と判定される。一方、２回目の良否判定においても第２位置Ｐ２２が第１位置Ｐ２１から変わらない場合や、第２位置Ｐ２２が過度に大きく変わってしまった場合には、上記（４）式が成立しないので、嵌合状態が不良と判定される。実際の適用では、ワークの形状や判定条件の式を考慮して、上述した判定方法１～３のいずれを採用するかを予め決定しておくことが好ましい。

また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、以下の第１条件と第２条件の両方が成立したときに、嵌合が良好であると判定してもよい。
＜第１条件＞
第２位置Ｐ２２が、第１位置Ｐ２１に応じて設定される許容位置範囲内にあること。
＜第２条件＞
ステップＳ２１０，Ｓ２２０における嵌合動作において、第１ワークＷＫ２１に掛かった力の大きさ、又は、第１ワークＷＫ２１の位置の経時的変化が、予め設定された許容範囲内にあること。

以上のように、第２実施形態においても、２つのワークＷＫ２１，ＷＫ２２の嵌合後に、嵌合方向Ｄｆとは異なる判定方向Ｄｊに向けて第１ワークＷＫ２１を移動させたときの第２位置Ｐ２２が、第１位置Ｐ２１に応じて設定される許容位置範囲内にあること、という第１条件を含む判定条件が成立する場合に、嵌合状態が良好と判定する。従って、嵌合の良否を誤判定する可能性を低減できる。

・他の実施形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態（aspect）によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットを用いて、前記第１対象物を第２対象物に嵌合させる嵌合方法が提供される。この嵌合方法は、（ａ）前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出する工程と、（ｂ）前記第１位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する工程と、（ｃ）前記第２位置が、前記第１位置に応じて設定される許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する工程と、を含む。
この嵌合方法によれば、嵌合方向とは異なる判定方向に向けて第１対象物を移動させたときの第２位置が第１位置から予め定められた許容位置範囲内にあること、を含む判定条件が成立する場合に嵌合状態が良好と判定するので、嵌合の良否を誤判定する可能性を低減できる。

（２）上記嵌合方法において、前記工程（ａ）は、前記第１対象物が前記第１位置に達した後に前記第１対象物を前記嵌合方向に沿って更に移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた到達閾値以上となった位置である到達位置を検出する工程を含み、前記判定方向は、前記嵌合方向と逆の方向である解除方向であり、前記許容位置範囲は、前記第１位置と前記到達位置の間に設定された範囲であるものとしてもよい。
この嵌合方法によれば、第２位置が第１位置と到達位置の間の許容位置範囲内にあるか否かに応じて、嵌合状態が良好か否かを判定できる。

（３）上記嵌合方法において、前記判定方向は、複数の方向を含み、前記工程（ｂ）は、前記複数の方向のそれぞれにおいて前記第２位置を検出し、前記工程（ｃ）は、前記複数の方向における前記第２位置の平均位置が前記許容位置範囲内にある場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定するものとしてもよい。
この嵌合方法によれば、複数の方向について判定を行うので、嵌合状態の良否の判定をより正確に行うことができる。

（４）上記嵌合方法において、前記第１位置は、前記第１対象物に掛かる力の大きさが第１閾値を超えた後に、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったときの位置であるものとしてもよい。
この嵌合方法によれば、第１対象物と第２対象物がスナップフィットする場合に、第１位置を正しく判定できる。

（５）上記嵌合方法は、更に、前記工程（ｂ）において前記第１対象物に掛かった前記力の大きさ又は前記第１対象物の位置の経時的変化を記憶するとともに、前記経時的変化の許容範囲を設定する工程を備え、前記判定条件は、前記工程（ｂ）において前記第１対象物に掛かった前記力の大きさ又は前記第１対象物の位置の経時的変化が、前記許容範囲内にある、という条件を含むものとしてもよい。
この嵌合方法によれば、第２位置が第１位置から予め定められた許容位置範囲内にあること、という第１の条件と、第１対象物に掛かった力の大きさ又はその位置の経時的変化が許容範囲内にある、という第２の条件の両方が成立したときに嵌合状態が良好と判定するので、嵌合の良否を誤判定する可能性を低減できる。

（６）本開示の第２の形態によれば、第１対象物を第２対象物に嵌合させるロボットシステムが提供される。このロボットシステムは、ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて前記第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、（ａ）前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出する処理と、（ｂ）前記第１位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する処理と、（ｃ）前記第２位置が、前記第１位置に応じて設定される許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する処理と、を実行する。
このロボットシステムによれば、嵌合方向とは異なる判定方向に向けて第１対象物を移動させたときの第２位置が第１位置から予め定められた許容位置範囲内にあること、を含む判定条件が成立する場合に嵌合状態が良好と判定するので、嵌合の良否を誤判定する可能性を低減できる。

本開示は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ロボットとロボット制御装置とを備えたロボットシステム、ロボット制御装置の機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

１００…ロボット、１１０…基台、１２０…アーム、１２２…アームエンド、１４０…力検出部、１５０…エンドエフェクター、２００…制御装置、３００…情報処理装置、３１０…プロセッサー、３１２…嵌合判定部、３２０…メモリー、３３０…インターフェイス回路、３５０…表示部、４００…架台、４１０…ホルダー、４２０…カメラ

Claims (5)

1. ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットを用いて、前記第１対象物を第２対象物に嵌合させる嵌合方法であって、
   （ａ）前記ロボットの制御部が、前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出し、前記第１対象物が前記第１位置に達した後に前記第１対象物を前記嵌合方向に沿って更に移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた到達閾値以上となった位置である到達位置を検出するとともに、前記第１位置と前記到達位置の間の範囲であって前記到達位置を含まない範囲を許容位置範囲として設定する工程と、
   （ｂ）前記制御部が、前記到達位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する工程と、
   （ｃ）前記制御部が、前記第２位置が前記許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する工程と、
   を含む、嵌合方法。
2. 請求項１に記載の嵌合方法であって、
   前記判定方向は、複数の方向を含み、
   前記工程（ｂ）は、前記複数の方向のそれぞれにおいて前記第２位置を検出し、
   前記工程（ｃ）は、前記複数の方向における前記第２位置の平均位置が前記許容位置範囲内にある場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する、嵌合方法。
3. 請求項１～２のいずれか一項に記載の嵌合方法であって、
   前記第１位置は、前記第１対象物に掛かる力の大きさが第１閾値を超えた後に、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったときの位置である、嵌合方法。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の嵌合方法であって、更に、
   前記工程（ａ）において前記第１対象物に掛かった前記力の大きさ又は前記第１対象物の位置の経時的変化を記憶するとともに、前記経時的変化の許容範囲を設定する工程を備え、
   前記判定条件は、前記工程（ａ）において前記第１対象物に掛かった前記力の大きさ又は前記第１対象物の位置の経時的変化が、前記許容範囲内にある、という条件を含む、嵌合方法。
5. 第１対象物を第２対象物に嵌合させるロボットシステムであって、
   ロボットアームと前記ロボットアームに設けられて前記第１対象物を把持するエンドエフェクターとを含む可動部と、前記可動部に加えられた力を検出する力検出部と、を有するロボットと、
   前記ロボットを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   （ａ）前記第１対象物を嵌合方向へ移動させて、前記第１対象物と前記第２対象物とが嵌合したと判断された位置である第１位置を検出し、前記第１対象物が前記第１位置に達した後に前記第１対象物を前記嵌合方向に沿って更に移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた到達閾値以上となった位置である到達位置を検出するとともに、前記第１位置と前記到達位置の間の範囲であって前記到達位置を含まない範囲を許容位置範囲として設定する処理と、
   （ｂ）前記到達位置から、前記嵌合方向とは異なる判定方向に向けて前記第１対象物を移動させて、前記第１対象物に掛かる力の大きさが予め定められた基準値に達した位置である第２位置を検出する処理と、
   （ｃ）前記第２位置が前記許容位置範囲内にあること、という条件を含む予め定められた判定条件が成立する場合に、前記第１対象物と前記第２対象物の嵌合状態が良好と判定する処理と、
   を実行する、ロボットシステム。

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