移動物体に対するはめ合い作業用位置誤差検出センサ内蔵エンドエフェクタに関する研究

用于运动物体安装作业的内置位置误差检测传感器的末端执行器的研究

基本信息

批准号：
13750401
负责人：
早川聡一郎
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Toyota Technological Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

位置誤差検出センサ内蔵エンドエフェクタの開発を行なった。挿入軸の軸重心とセンサ検出軸重心を一致させることによる挿入作業時の検出不能時間短縮のため、挿入軸周囲に市販の一次元PSDを4つ十字形状に配置する方式のセンサを提案した。センサの検出理論を導出し、検出特性測定によりその有用性を検証し、対象との距離可変で位置誤差検出特性が従来型の十字型PSDセンサ以上の性能を持つ位置誤差検出センサを実現した。また、過去に本研究室で開発・使用していた位置誤差を半能動的に補正する機能を有する振動型エンドエフェクタをセンサが搭載できるよう設計を修正し製作した。ただし、電磁駆動しない受動状態で挿入軸の位置誤差補正が必要なだけ行なえることが確認されたため、電磁駆動部無しの受動機構だけの構成とした。次に、位置誤差検出センサ内蔵エンドエフェクタを用いた移動物体への軸挿入システムの開発を行なった。直交座標型4軸ロボットに本エンドエフェクタを取り付け、センサ情報を基に移動物体に対して追従制御を行なうハイブリッド制御システムを構築した。この軸挿入システムを用いて実験を行なった結果、移動速度40mm/sec以内、軸と穴のクリアランス50μm以上、軸と穴面に面取り無しという条件において軸挿入が行なえるシステムであることを確認した。さらに、本センサを用いた対象穴面の傾き角検出手法の検討を行った。傾き角検出理論を導出し、理論を実現するセンサ演算処理回路を製作しセンサシステムに取り付けた。実験を行なった結果、対象穴面の傾き角が±9度以内であれば傾き角を検出可能であることが確認され、十字型PSDセンサ以上の検出特性を実現した。

我们开发了一种内置位置误差检测传感器的末端执行器。为了通过将插入轴的重心与传感器检测轴的重心对齐来减少插入期间的无法检测时间，我们提出了一种传感器系统，其中四个商用一维 PSD 以十字形排列围绕插入轴。我们推导了传感器检测理论，通过测量检测特性验证了其有用性，并实现了与目标的可变距离和优于传统十字形PSD传感器的位置误差检测特性的位置误差检测传感器。此外，我们修改了设计，使传感器可以配备具有半主动校正位置误差功能的振动末端执行器，这是我们实验室过去开发和使用的。然而，由于已确认插入轴的必要位置误差校正可以在无电磁驱动的被动状态下进行，因此我们决定仅配置无电磁驱动单元的被动机构。接下来，我们开发了一种使用带有内置位置误差检测传感器的末端执行器将轴插入移动物体的系统。我们将该末端执行器安装到笛卡尔坐标型四轴机器人上，构建了一个混合控制系统，该系统根据传感器信息对移动物体进行跟踪控制。通过使用该轴插入系统进行实验，我们确认该系统可以在移动速度为 40 mm/sec 以下、轴与孔之间的间隙为 50 μm 以上的条件下进行轴插入，轴、孔表面无倒角。此外，我们研究了一种使用该传感器检测目标孔表面倾斜角度的方法。我们推导了倾斜角度检测的理论，制作了传感器计算处理电路来实现该理论，并将其安装在传感器系统中。实验结果证实，只要目标孔表面的倾斜角度在±9度以内，就可以检测到，实现了优于十字形PSD传感器的检测特性。