CN104368963B - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统。包括机器人和安装于该机器人的顶端的螺纹件紧固装置，该螺纹件紧固装置包括：基部，其固定于上述机器人的顶端；延长部，其一端以能够转动的方式安装于该基部；工具部，其固定于该延长部的另一端，用于使与该工具部的顶端卡合的螺纹件旋转；按压机构部，其借助延长部沿该螺纹件的轴向向螺纹件按压工具部；引导部，其固定于基部，具有圆弧状部分；和扭矩产生部，其用于产生使延长部沿着圆弧状部分向螺纹件的紧固方向旋转的扭矩，在螺纹件紧固作业时，通过上述机器人以上述工具部为中心向螺纹件的紧固方向旋转，上述扭矩产生部以使上述延长部沿着上述引导部的圆弧状部分向螺纹件的紧固方向旋转的方式产生一定的扭矩。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及一种利用机器人等的动作自动将螺纹件紧固的机器人系统。

背景技术

为了提高机械设备、构造物的可靠性，使用了用于检测安装扭矩并进行扭矩控制的拧螺母装置。在日本实公昭63-46232号公报中公开了包括扭矩检测器的拧螺母装置。

而且，日本特开2010-012583号公报公开了一种包括用于监视在机器人的机械手紧固扳手时的紧固操作力的紧固操作监视部件的装置。

日本实公昭63-46232号公报所记载的那样的通常的拧螺母装置使用内置的电动机使配置在该电动机的轴线上的工具顶端旋转。因此，在待紧固的螺母等的前方需要比较大的空间。在无法确保这样的空间的情况下，需要将偏心齿轮等内置于拧螺母装置。

然而，这样的齿轮用来传递扭矩，因此难以使齿轮小型化。因此，内置有这样的齿轮的拧螺母装置最终趋向大型化。另外，在无法确保上述的空间的情况下，需要降低安装扭矩的上限值，另外拧螺母装置的自动化本身存在困难。

此外，日本特开2010-012583号公报所公开的紧固操作监视部件为应变仪，因此还存在装置整体的价格变高这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种即使在只能确保有限的空间的情况下也能够实现紧固作业的自动化的廉价的机器人系统。

为了达到上述目的，根据第1技术方案，提供一种机器人系统，包括：机器人；和螺纹件紧固装置，其安装于该机器人的顶端；上述螺纹件紧固装置包括：基部，其固定于上述机器人的顶端；延长部，其一端以能够转动的方式安装于该基部；工具部，其固定于该延长部的另一端，用于使与该工具部的顶端卡合的螺纹件旋转；按压机构部，其借助上述延长部沿该螺纹件的轴向向上述螺纹件按压上述工具部；引导部，其固定于上述基部，具有圆弧状部分；和扭矩产生部，其用于产生使上述延长部沿着上述圆弧状部分向上述螺纹件的紧固方向旋转的扭矩，在螺纹件紧固作业时，通过上述机器人以上述工具部为中心向螺纹件的紧固方向旋转，上述扭矩产生部以使上述延长部沿着上述引导部的圆弧状部分向螺纹件的紧固方向旋转的方式产生一定的扭矩。

在第1技术方案的基础上，根据第2技术方案，该机器人系统包括第一检测部，该第一检测部设于上述扭矩产生部，该第一检测部用于检测是否有规定值以上的反作用力起作用，在该第一检测部检测到上述规定值以上的反作用力起作用时，停止上述螺纹件紧固作业。

在第1技术方案的基础上，根据第3技术方案，上述按压机构部为气缸。

在第1技术方案的基础上，根据第4技术方案，上述按压机构部为弹簧。

在第1技术方案～第4技术方案中的任一技术方案的基础上，根据第5技术方案，上述机器人系统包括第二检测部，该第二检测部用于检测在上述按压机构部的按压作用下上述工具部与上述螺纹件是否卡合。

在第1技术方案～第4技术方案中的任一技术方案的基础上，根据第6技术方案，上述扭矩产生部为使用被管理的气压的气缸。

在第1技术方案～第4技术方案中的任一技术方案的基础上，根据第7技术方案，上述扭矩产生部为使用由气压切换装置管理的多个气压的气缸。

在第1技术方案～第4技术方案中的任一技术方案的基础上，根据第8技术方案，上述扭矩产生部为由机器人控制装置控制的伺服电动机。

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细的说明，本发明的上述目的、特征及优点以及其他的目的、特征及优点更加明确。

附图说明

图1是本发明的螺纹件紧固装置的立体图。

图2是从下面侧观察图1所示的螺纹件紧固装置而得到的立体图。

图3是从下面侧观察在将延长部除去了的状态下的螺纹件紧固装置而得到的立体图。

图4是从侧方观察螺纹件紧固装置而得到的立体图。

图5是表示本发明的螺纹件紧固装置的动作的流程图。

图6是表示相位对准动作的第一立体图。

图7是表示相位对准动作的第二立体图。

图8是表示紧固动作的第一立体图。

图9是表示紧固动作的第二立体图。

图10是包括本发明的螺纹件紧固装置的机器人系统的简略图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对相同的构件标注相同的附图标记。为了容易理解，这些附图适当地改变了缩尺。

图1是本发明的螺纹件紧固装置的立体图，图2是从下面侧观察图1所示的螺纹件紧固装置而得到的立体图。图1和图2所示的螺纹件紧固装置10借助板19安装于机器人60的手腕顶端部。机器人60例如为垂直多关节型机器人，也可以为其他形态的机器人。

这样的机器人60发挥这样的作用：将本发明的螺纹件紧固装置10配置在所期望的位置以及以所规定的朝向进行配置。因而，在本发明中，能够在较大的范围内使用螺纹件紧固装置10，能够避免螺纹件的紧固方向被限定。

如图1和图2所示，螺纹件紧固装置10包括基部11和安装于机器人60的板19，在板19与基部11之间设有后述的按压机构部15。在图示的实施方式中，基部11为细长状的金属板，延长部12的一端12a以能够转动的方式安装于基部11。

在图1和图2所示的实施方式中，延长部12为比基部11稍长的细长状构件。而且，在延长部12的另一端12b配置有用于使螺纹件14旋转的工具部13。在图1和图2中，工具部13的顶端已与螺纹件14的头部卡合。另外，螺纹件14以其轴线方向与延长部12的长度部分垂直且与按压机构部15的按压方向相同的方式与工具部13卡合。

图1和图2所示的按压机构部15为气缸。按压机构部15发挥这样的作用：借助延长部12沿螺纹件14的轴向向螺纹件14按压工具部13。在工具部13的顶端被按压于螺纹件14的头部的状态下延长部12绕工具部13转动时，工具部13与螺纹件14的头部卡合。设于按压机构部15的侧面的卡合检测部18b根据按压机构部15的活塞杆的位置检测出工具部13与螺纹件14是否卡合。

如图1和图2所示，在按压机构部15为气缸的情况下，能够以恒定的力向螺纹件14按压工具部13。另外，按压机构部15也可以为弹簧(未图示)，在该情况下，能够提供极为廉价的螺纹件紧固装置10。

图3是从下面侧观察在将延长部除去了的状态下的螺纹件紧固装置而得到的立体图，图4是从侧方观察螺纹件紧固装置而得到的立体图。由图3和图4可知，在基部11的下表面固定有引导部16。引导部16形成为其长度方向上的侧面具有圆弧状部分。而且，引导用块20以能够滑动的方式与引导部16卡合。引导用块20与延长部12的一端12a连结，与延长部12一体地进行转动。

特别地根据图4可知，在基部11的下表面设有扭矩产生部17，该扭矩产生部17的活塞杆的顶端为连杆机构。连杆机构在延长部12的一端12a附近利用销与延长部12的侧面卡合。

图示的扭矩产生部17为使用被管理的气压的气缸。因此，安装于扭矩产生部17的侧面的扭矩检测部18a能够容易地且以低成本检测扭矩。扭矩检测部18a也可以为例如舌簧管。

或者，扭矩产生部17也可以为使用由未图示的气压切换装置管理的多个气压的气缸。在该情况下，能够适当地切换气压、调节安装扭矩。气压切换装置也可以为例如图2所示的电-气调节阀63。

图5是表示本发明的螺纹件紧固装置的动作的流程图。而且，图6和图7是表示相位对准动作的立体图，图8和图9是表示紧固动作的立体图。图6～图9所示的工件30由筒状的工件主体31和安装于工件主体31的端面的卷轴构件32构成。

如图6和图7所示，卷轴构件32包括两块端板33、34和将该端板33、34连结起来的中心轴部35。由图可知，端板33的直径与工件主体31的端面的直径大致相等。并且，由图6可知，中心轴部35比较短，长度为能够供延长部12的另一端12b和工具部13插入的程度。

另外，在以下的实施例中，螺纹件紧固装置10的工具部13为六棱棒扳手，在螺纹件14的头部形成有对应的六边形孔。但是，采用其他结构的工具部13和螺纹件14的情况也包含在本发明的范围内。另外，在端板33和工件主体31的端面形成有与螺纹件14相对应的多个孔，在这些孔内形成有内螺纹。

以下，参照图5～图9，对使用本发明的螺纹件紧固装置10利用螺纹件将卷轴构件32的一侧的端板33固定于工件主体31的端面的螺纹件紧固作业进行说明。而且，卷轴构件32已适当地配置在工件主体31的端面，事先将螺纹件14插入到端板33的多个孔以及工件主体31的端面的与该多个孔相对应的孔。

首先，在图5的步骤S1中，使机器人60自其本来位置移动，将工具部13的顶端定位在插入到端板33的一个螺纹件14的正上方的位置。在本发明中，只需仅将延长部12的另一端12b和工具部13插入到端板33、34之间的空间中便足够，而无需将机器人60的手腕顶端部自身插入到该空间中。因此，在本发明中，在只能确保能够供工具部13进入的最小限度的空间的情况下，也能够进行后述的相位对准作业和螺纹件紧固作业。

接着，如图6中箭头A1所示，驱动按压机构部15，以规定的力向螺纹件14按压工具部13。此时，只是将工具部13向螺纹件14按压，因此工具部13的顶端未插入到螺纹件14的头部的孔中。

接着，在步骤S2中，使机器人60以工具部13为中心地旋转。由此，如图6中箭头A2所示的那样，螺纹件紧固装置10绕工具部13转动。在像这样地使螺纹件紧固装置10转动时，工具部13的顶端顺其自然地落入到螺纹件14的头部的孔中。

图7所示的工具部13比图6所示的工具部13短，因此可知在图7中工具部13的顶端已落入到螺纹件14的孔中。在本发明中，通过使螺纹件紧固装置10转动，从而使工具部13与螺纹件14卡合，由此，能够自动地进行相位对准作业。

在工具部13的顶端落入到螺纹件14的孔中时，按压机构部15(在该情况下为气缸)的活塞杆向下方延伸规定量。安装于按压机构部15的卡合检测部18b检测这样的变化。在步骤S3中，在判定出活塞杆向下方延伸了的情况下，能够判断出工具部13与螺纹件14的孔卡合，相位对准完成。每规定周期便进行这样的判定。在未判定出活塞杆向下方延伸的情况下，返回到步骤S3，进一步使螺纹件紧固装置10转动。像这样，在本发明中，能够确认工具部13与螺纹件14是否卡合，能够稳定、可靠地进行后述的紧固作业。

接着，在步骤S4中，如图8的箭头A3所示，使机器人60以工具部13为中心地旋转。此时的旋转方向与螺纹件14的紧固方向相同。由此，延长部12也与机器人60一起旋转，开始对螺纹件14进行紧固。此时，如箭头A4所示，扭矩产生部17以使延长部12沿着引导部16的圆弧状部分向螺纹件14的紧固方向旋转的方式产生一定的扭矩。

在螺纹件14被大致紧固时，如图9中的箭头A5所示，作用有由紧固引起的反作用力。由此，延长部12沿着引导部16的圆弧状部分向箭头A5的方向移动，并且利用安装于扭矩产生部17的扭矩检测部18a检测到的扭矩增大。在此期间，机器人60也继续向箭头A3方向移动，能够将螺纹件14进一步紧固。

之后，在步骤S5中，参照扭矩检测部18a的扭矩检测值，判定扭矩检测值是否大于规定值。在扭矩检测值不大于规定值时，返回到步骤S4。

相对于此，在扭矩检测值大于规定值时，能够判断出得到足够的安装扭矩。因而，在这样的情况下，停止紧固作业，进入步骤S6。在步骤S6中，停止按压机构部15的按压作用。之后，使机器人60移动而使工具部13与螺纹件14分离。最后，使机器人60返回到初始位置，结束处理。

像这样，在本发明中，由于采用延长部12，因此在只能确保能够供工具部13进入的最小限度的空间的情况下，也能够使延长部12进入到这样的空间中而实施紧固作业。另外，在规定值以上的反作用力作用于扭矩产生部17的情况下，停止紧固作业。因此，在本发明中，也能够实现图5所示的全部一连串紧固作业的自动化。另外，在本发明中，由于无需使用应变仪等，因此能够以低成本提供小型的螺纹件紧固装置。

另外，如作为包括本发明的螺纹件紧固装置的机器人系统的简略图的图10所示，由机器人控制装置61控制机器人60。在某实施方式中，扭矩产生部17也可以为由机器人控制装置61控制的机器人60的伺服电动机62。在此情况下，可知由于由机器人控制装置61控制扭矩产生部17，因此，能够使用机器人控制装置61进行安装扭矩的变更和检测。

发明的效果

在第1技术方案中，由于采用延长部，因此在只能确保能够供工具部进入的最小限度的空间的情况下，也能够实施紧固作业。另外，在规定值以上的反作用力作用于扭矩产生部时，停止紧固作业，结果，能够实现紧固作业的自动化。而且，由于这样的螺纹件紧固装置无需使用应变仪等，因此能够以低成本提供小型的螺纹件紧固装置。

在第2技术方案中，按压机构部为气缸，因此能够以恒定的力向螺纹件按压工具部。

在第3技术方案中，按压机构部为弹簧，因此能够使螺纹件紧固装置更加廉价。

在第4技术方案中，能够确认工具部与螺纹件是否卡合，因此能够进行稳定的紧固作业。

在第5技术方案中，能够在较大的范围内使用螺纹件紧固装置。而且，能够进行紧固方向不会被限定的紧固作业。

在第6技术方案中，扭矩产生部使用被管理的气压，因此能够以廉价地进行扭矩的检测。

在第7技术方案中，扭矩产生部使用被管理的多个气压，因此能够适当地切换气压、调节安装扭矩。气压切换装置为例如电-气调节阀。

在第8技术方案中，由机器人控制装置控制扭矩产生部，因此能够使用机器人控制装置进行安装扭矩的变更和检测。

利用典型的实施方式对本发明进行了说明，对于本领域技术人员而言，应该能够理解在不脱离本发明的范围内能够进行上述的变更以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims (8)

1.一种机器人系统，包括：

机器人；和

螺纹件紧固装置，其安装于该机器人的顶端，

上述螺纹件紧固装置包括：

基部，其固定于上述机器人的顶端；

延长部，其一端以能够转动的方式安装于该基部；

工具部，其固定于该延长部的另一端，用于使与该工具部的顶端卡合的螺纹件旋转；

按压机构部，其借助上述延长部沿该螺纹件的轴向向上述螺纹件按压上述工具部；

引导部，其固定于上述基部，具有圆弧状部分；和

扭矩产生部，其用于产生使上述延长部沿着上述圆弧状部分向上述螺纹件的紧固方向旋转的扭矩，

在螺纹件紧固作业时，通过上述机器人以上述工具部为中心向螺纹件的紧固方向旋转，上述扭矩产生部以使上述延长部沿着上述引导部的圆弧状部分向螺纹件的紧固方向旋转的方式产生一定的扭矩。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

该机器人系统包括第一检测部，该第一检测部设于上述扭矩产生部，该第一检测部用于检测是否有规定值以上的反作用力起作用，

在该第一检测部检测到上述规定值以上的反作用力起作用时，停止上述螺纹件紧固作业。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

上述按压机构部为气缸。

4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

上述按压机构部为弹簧。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的机器人系统，其特征在于，

该机器人系统包括第二检测部，该第二检测部用于检测在上述按压机构部的按压作用下上述工具部与上述螺纹件是否卡合。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的机器人系统，其特征在于，

上述扭矩产生部为使用被管理的气压的气缸。

7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的机器人系统，其特征在于，

上述扭矩产生部为使用由气压切换装置管理的多个气压的气缸。

8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的机器人系统，其特征在于，

上述扭矩产生部为由机器人控制装置控制的伺服电动机。