CN108290257A - 机器人系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

机器人系统(1)包括：具有多关节臂的机器人(2)、以及控制机器人(2)的控制器(9)。控制器(9)被构成为执行：控制机器人(2)以一边使具有螺纹部的螺栓(3)反向旋转一边使螺栓(3)移动；控制机器人(2)以响应于螺栓(3)到达螺纹孔(4)而使螺栓(3)正向旋转。

Description

机器人系统以及控制方法

技术领域

本公开涉及机器人系统以及控制方法。

背景技术

专利文献1中公开一种双臂型机器人，其在臂的前端持有螺母拧紧机，并使该螺母拧紧机旋转，由此进行螺纹拧紧作业。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-38882号公报。

发明内容

发明要解决的技术问题

在利用了机器人的螺纹拧紧作业中，有时希望螺纹拧紧精度的进一步提高。因此，本公开的目的在于提供能够提高螺纹拧紧精度的机器人系统以及控制方法。

用于解决技术问题的手段

本公开的一个方式涉及的机器人系统包括：机器人，具有多关节臂；以及控制器，被构成为执行：控制所述机器人以一边使具有螺纹部的紧固部件向松开方向旋转一边移动所述紧固部件；控制所述机器人以响应于所述紧固部件到达螺纹拧紧开始位置而使所述紧固部件向紧固方向旋转。

本公开的一个方式涉及的控制方法使用具有多关节臂的机器人，所述控制方法包括：控制所述机器人以一边使具有螺纹部的紧固部件向松开方向旋转一边移动所述紧固部件；以及控制所述机器人以响应于所述紧固部件到达螺纹拧紧开始位置而使所述紧固部件向紧固方向旋转。

发明效果

根据本公开，能够提高螺纹拧紧精度。

附图说明

图1是示出机器人系统的整体结构的示意图；

图2是示出螺母拧紧机的立体图；

图3是螺母拧紧机中所含的批头部的截面图；

图4是控制器的硬件构成图；

图5是用于说明反向旋转控制以及正向旋转控制的图；

图6是用于说明第二移动控制的反复处理的图；

图7是示出螺纹拧紧处理的流程图；

图8是示出第一移动控制的流程图；

图9是示出第二移动控制的流程图；

图10是示出正向旋转控制的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，针对实施方式进行详细说明。在说明中，对相同元件或者具有相同功能的元件标注相同符号，并省略重复说明。

[机器人系统]

本实施方式所涉及的机器人系统1对工件W(被紧固部件)自动执行螺纹拧紧作业。螺纹件是指沿着圆柱或圆锥等的面而设置了螺旋状的槽的紧固件，是在外表面形成有螺纹牙的外螺纹元件、或者在内表面形成有螺纹牙的内螺纹元件。螺纹拧紧作业是指：紧固至少一侧形成有螺纹的紧固部件和被紧固部件的作业。在本实施方式中，在作为紧固部件的螺栓3、以及作为被紧固部件的工件W的螺纹孔4两者上形成有螺纹部，将紧固该螺栓3与工件W的示例作为螺纹拧紧作业的一个例子来进行说明。此外，工件W可以不一定形成有螺纹孔4，此时，可以由螺栓3在工件W上钻孔的同时进行紧固。另外，在本实施方式中，针对紧固部件为螺栓3(外螺纹元件)、被紧固部件为工件W(形成有作为内螺纹元件的螺纹孔4)的情况进行说明，但是，也可以是例如紧固部件为内螺纹元件(螺母)、被紧固部件为工件(外螺纹元件)。

自动执行螺纹拧紧作业是指：在将螺栓3紧固到工件W的螺纹孔4中的作业之中至少自动执行为了拧紧螺纹而使螺栓3旋转的作业(后面叙述细节)。螺纹拧紧作业例如作为组装包含工件W在内的物体时的一个工序而进行。

如图1所示，机器人系统1具备机器人2、以及用于控制机器人2的控制器9。

[机器人]

(多关节臂)

机器人2是具有多关节臂15的串联型机器人。以下，示出多关节臂15的具体的构成例。多关节臂15具有基台10、回旋部20、构成多关节臂15的臂30(第一臂)、40(第二臂)、腕部70、末端部80以及马达100(第一马达)、200(第二马达)、300(第三马达)、400、500、600。

基台10被固定到地板表面上，并支承机器人2整体。以下，在基台10以外的各部的说明中，“基端”是指基台10侧的一端，“前端”是指与基台10相反侧的一端。

回旋部20被设置在基台10上，并能够围绕通过基台10的垂直轴线Ax1旋转。臂30的基端部与回旋部20连接。

臂30能够围绕轴线Ax2旋转轴线Ax2通过回旋部20和臂30的连接部。轴线Ax2与轴线Ax1正交。臂40的基端部与臂30的前端部连接。

臂40能够围绕轴线Ax3摆动，轴线Ax3通过臂30与臂40的连接部。轴线Ax3与轴线Ax2平行。在臂40的前端部安装有腕部70的基端部。臂40的前端部以及腕部70能够围绕沿着臂40的中心轴线的轴线Ax4回旋。

腕部70能够围绕腕部轴线Ax5摆动，轴线Ax5通过臂40和腕部70的连接部。轴线Ax5与轴线Ax4正交。在腕部70的前端部设置有末端部80。

末端部80能够在腕部70的前端部围绕腕部沿着中心轴线CL2的轴线Ax6回旋。在末端部80能够从腕部70的相反侧安装末端执行器。末端执行器也可以与末端部80一体化。

马达100产生用于使回旋部20围绕轴线Ax1回旋的动力。图1的马达100被设置在回旋部20，但并不限于此，可以被设置在基台10。

马达200产生用于使臂30围绕轴线Ax2摆动的动力。图1的马达200被设置在臂30的基端部，但并不限于此，也可以被设置在回旋部20。

马达300产生用于使臂40围绕轴线Ax3摆动的动力。图1的马达300被设置在臂40的基端部，但并不限于此，也可以被设置在臂30的前端部。

马达400产生用于使臂40围绕轴线Ax4回旋的动力。马达400例如可以设置于臂40的基端部。

马达500产生用于使腕部70围绕轴线Ax5摆动的动力。马达500例如可以设置于臂40。

马达600产生用于使末端部80围绕轴线Ax6回旋的动力。马达600例如可以设置于臂40。

(螺母拧紧机)

机器人2作为上述末端执行器的一个例子，还可以具有能够安装到多关节臂15的末端部80的螺母拧紧机81(螺纹拧紧机构)。螺母拧紧机81也可以与末端部80一体化。螺母拧紧机81具有基部82、批头部83(保持部)以及马达84。还参照图2以及图3，对螺母拧紧机81的细节进行说明。

基部82可拆装地设置于末端部80，并保持批头部83。在基部82被安装到末端部80的状态下，相对于末端部80的基部82的相对位置保持不变。基部82的前端部设为可拆装批头部83(参照图2的(c))。马达84产生用于旋转螺栓3(使螺栓3相对于基部82旋转)的动力。马达84通过旋转驱动保持螺栓3的批头部83，使得螺栓3旋转。马达84例如也可以设置于基部82。

批头部83能够相对于基部82拆装，并保持螺栓3。如图3所示，批头部83从基端侧向前端侧具有连接部83a、旋转传递部83b、吸附部83c以及末梢83d。连接部83a是与基部82连接的部分。旋转传递部83b是将来自马达84的力矩传递给末梢83d的部分。吸附部83c是通过对末梢83d的周围空间进行减压来将螺栓3吸附到末梢83d侧的部分。末梢83d被构成为组装到螺栓3的头部，并与螺栓3一同旋转。在螺栓3被组装到末梢83d的状态下，螺栓3相对于末梢83d的相对位置保持不变。

末梢83d只要是在组装到螺栓3的头部的状态下能够向螺栓3传递力矩即可。作为末梢83d的具体例子，可以举出被插入到螺栓3的头部的十字孔中的正批头、被插入到螺栓3的头部的开槽(负孔)中的负批头、被插入到螺栓3的头部的六角孔中的六角批头、接受螺栓3的头部的插口等。

机器人2被构成为螺栓3的位置与机器人2的姿势对应地唯一确定。具体而言，机器人2被构成为：在保持螺栓3的状态下，从作为多关节臂的最前端的关节的、腕部70与末端部80之间的连接部到螺栓3为止的距离恒定。换句话说，机器人2被构成为：在以末端部80为基准的坐标系中的螺栓3的位置恒定。

更具体而言，螺母拧紧机81不具有缓冲机构，该缓冲机构用于改变末梢83d相对于基部82的位置。因此，末梢83d相对于基部82的位置实质上保持不变。如上所述，基部82相对于末端部80的相对位置保持不变，螺栓3相对于末梢83d的相对位置也保持不变。因此，通过不改变末梢83d相对于基部82的位置，使得在以末端部80为基准的坐标系中的螺栓3的位置恒定。

[控制器]

控制器9控制机器人2。具体而言，控制器9控制机器人2以使得对工件W执行螺纹拧紧作业。即，控制器9控制机器人2以使得螺栓3被紧固到工件W的螺纹孔4中。

控制器9通过控制马达100～600的驱动，来设定回旋部20、臂30、40、腕部70以及末端部80的位置和姿势。另外，控制器9通过控制马达84的驱动，使批头部83旋转驱动，使得螺栓3旋转。

控制器9被构成为执行：控制机器人2以使得具有螺纹部的螺栓3反向旋转的同时使螺栓3移动；控制机器人2以使得响应于螺栓3到达作为螺纹拧紧开始位置的螺纹孔4而使得螺栓3正向旋转。此外，使螺栓3反向旋转是指，使螺栓3向螺纹拧紧作业中的松开方向旋转。另外，使螺栓3正向旋转是指，使螺栓3向螺纹拧紧作业中的拧紧方向旋转。

机器人系统1还可以具有作为控制器9的用户界面的控制台8。控制台8与控制器9连接，获取从用户向控制器9输入的输入信息，并显示从控制器9向用户输出的输出信息。作为控制台8的具体例子，可以举出键盘、鼠标以及显示器。控制台8可以是显示部与输入部一体化的示教器，也可以是触摸屏显示器。

以下，针对控制器9的具体构成例进行说明。控制器9作为功能模块具有搜寻控制部91、紧固控制部92、位置判断部93以及姿势调整部94。

搜寻控制部91控制机器人2以使螺栓3反向旋转的同时移动。搜寻控制部91控制保持螺栓3的机器人。直到螺栓3到达螺纹孔4为止继续执行基于搜寻控制部91的控制。搜寻控制部91进行第一移动控制和第二移动控制。

搜寻控制部91最初进行第一移动控制。第一移动控制是控制机器人2以使设置于基准位置(后面叙述细节)的螺栓3沿着第一方向移动并到达工件W的处理，其中，第一方向朝向工件W侧。图5的(a)示出设置于基准位置的螺栓3。在本实施方式中，说明对形成于工件W的上表面的螺纹孔4紧固螺栓3的例子，因此上述的朝向工件W侧的第一方向是指下方向。以下，有时将在第一移动控制中移动螺栓3的第一方向设为Z方向、将与该Z方向交叉的方向设为X方向和Y方向来进行说明。

在第一移动控制中螺栓3在与螺纹孔4不同的位置处到达了工件W的情况下(参照图5的(d))，搜寻控制部91进行第二移动控制。第二移动控制是控制机器人2以围绕上述不同的位置的预定范围内的位置为目标来移动螺栓3的处理。搜寻控制部91反复进行第二移动操作直到螺栓3到达螺纹孔4为止。

响应于螺栓3到达螺纹孔4，紧固控制单元92控制机器人2以使螺栓3正向旋转。紧固控制部92控制机器人2以使得螺栓3正向旋转的同时，螺栓3朝向螺纹孔4的方向被推入(螺纹拧紧)(参照图5的(c))。紧固控制部92可以在使螺栓3正向旋转时，随着螺栓3拧入的进行而使螺栓3的旋转速度增加(例如，阶段性地增加)。紧固控制部92可以在拧入螺栓3的初始阶段执行临时紧固处理，在拧入进行到预定位置的阶段进行正式紧固处理。正式紧固处理中的螺栓3的旋转速度比临时紧固处理中的螺栓3的旋转速度高。紧固控制部92控制机器人2以使得随着螺栓3拧入的进行而使螺栓3的移动速度(下降速度)增加。

位置判断部93判断螺栓3是否到螺纹孔4。位置判断部93可以在螺栓3与工件W接触的状态下，根据在螺栓3与工件W对置的方向(即，Z方向)的螺栓3的位置(即，高度)，判断螺栓3是否到达螺纹孔4。

位置判断部93可以根据经由螺栓3传递到机器人2的反作用力，判断螺栓3是否与工件W接触。位置判断部93例如可以根据作为机器人2中的基端侧的马达的马达100、200、300的力矩，来导出上述的反作用力。

姿势调整部94调整机器人2的姿势以抑制上述的反作用力的上升。姿势调整部94例如可以调整机器人2的姿势以使得反作用力不超过预定值。姿势调整部94例如通过伺服浮动控制来调整机器人2的姿势，该伺服浮动控制使得能够追随外力。伺服浮动功能例如能够通过对马达100～600的至少一个(例如，马达100、200、300)的力矩设置极限值来实现。例如能够通过对供应给马达的电流设置极限值来对该马达的力矩设置极限值。此外，“设置极限值”是指以不超过该极限值的方式进行控制。

姿势调整部94在上述的第一移动控制的执行中，可以针对Z方向的反作用力执行机器人2的姿势的调整，而针对与Z方向交叉的X方向以及Y方向不执行机器人2的姿势的调整。即，姿势调整部94在第一移动控制的执行中控制马达100、200、300的力矩，使Z方向的伺服浮动功能有效，以使得Z方向的反作用力不超过预定值。

在上述的第二移动控制的执行中以及基于紧固控制部92的控制中，姿势调整部94可以针对Z方向的反作用力、以及与Z方向交叉的X方向和Y方向的反作用力执行机器人2的姿势的调整。即，姿势调整部94控制马达100、200、300的力矩，使Z方向、X方向、Y方向的伺服浮动功能有效，以使得在第二移动控制的执行中以及基于紧固控制部92的控制中Z方向、X方向、以及Y方向的反作用力不超过预定值。

控制器9的硬件被构成为：例如，包括一个或多个控制用的计算机。控制器9作为硬件上的构成例如具有图4所示的电路900。电路900具有处理器901、内存902、存储器903、输入输出端口904以及驱动器905。驱动器905是用于驱动机器人2的各种致动器的电路。输入输出端口904除了进行外部信号的输入输出之外，还进行针对驱动器905的信号的输入输出。处理器901与内存902以及存储器903中的至少一者协同地执行程序，并执行经由输入输出端口904的信号的输入输出，由此构成上述的功能模块。

此外，控制器9的硬件上的构成不一定限于通过程序的执行来构成功能模块。例如，控制器9可以是通过专用逻辑电路、或者集成了它的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)来构成这些功能模块。

[螺纹拧紧处理]

接着，参照图7，针对基于机器人系统1的螺纹拧紧处理(控制方法)进行说明。

如图7所示，螺纹拧紧处理的步骤包括步骤S1～步骤S6。控制器9首先执行步骤S1。在步骤S1中，控制器9进行螺栓3的拾取控制。在拾取控制中，首先，以控制开始指示为契机，控制器9开始进行机器人2的控制。控制开始指示可以是上级控制器发送的，也可以是经由控制台8由操作者输入的。控制器9控制机器人2以使得螺母拧紧机81的批头部83移动到待紧固的螺栓3的正上方，并控制机器人2以使得批头部83的吸附部83c动作。由此，螺栓3被吸附到末梢83d侧，末梢83d组装到螺栓3的头部。

接着，控制器9执行步骤S2。在步骤S2中，控制器9通过移动保持着螺栓3的批头部83来将螺栓3设置到基准位置。基准位置是指在开始进行基于搜寻控制部91的第一移动控制时的螺栓3的位置。基准位置的X方向和Y方向的位置与工件W的螺纹孔4一致。因此，通过第一移动控制从基准位置向Z方向(下方向)移动的螺栓3通常能够到达螺纹孔4。

接着，控制器9执行步骤S3。在步骤S3中，控制器9进行第一移动控制。接着，控制器9执行步骤S4。在步骤S4中，控制器9进行是否为螺纹拧紧开始位置的判断(位置判断)。在步骤S4中判断为不是螺纹拧紧开始位置的情况下，控制器9执行步骤S5。在步骤S5中，控制器9进行第二移动控制。在步骤S4中判断为是螺纹拧紧开始位置的情况下，控控制器9执行步骤S6。在步骤S6中，控制器9进行正向旋转控制。以下，参照图8～图10，针对上述的步骤S3～步骤S6的各处理的细节进行说明。

(第一移动控制(步骤S3))

如图8所示，第一移动控制的步骤包括步骤S31～S33。在步骤S31中，姿势调整部94调整机器人2的姿势以抑制经由螺栓3传递到机器人2的反作用力的上升。姿势调整部94例如控制马达100、200、300的力矩来使Z方向的伺服浮动功能有效，以使得Z方向的反作用力不超过预定值。此时，姿势调整部94不使X方向和Y方向的伺服浮动功能有效。姿势调整部94例如可以通过调整马达中流过的电流来调整马达的力矩。此外，姿势调整部94可以替代上述马达100、200、300(或者除了上述马达之外)控制机器人2的其他马达的力矩，由此调整机器人2的姿势。控制器9可以在上述的步骤S1之后、且步骤S2之前执行该步骤S31。即，控制器9可以在将螺栓3设置在基准位置之前使Z方向的伺服浮动功能有效。

接着，在步骤S32中，搜寻控制部91控制机器人2以使得螺栓3反向旋转。直到螺栓3到达螺纹孔4为止继续进行该反向旋转。而且，在步骤S33中，搜寻控制部91控制机器人2以使得设置于基准位置的螺栓3向朝向工件W侧的Z方向(下方向)下降。以上是步骤S3的第一移动控制的细节。

(位置判断(步骤S4))

在步骤S4的位置判断中，位置判断部93判断螺栓3是否到达螺纹孔(是否为螺纹拧紧开始位置)。位置判断部93可以在螺栓3与工件W接触的状态下，根据螺栓3与工件W对置的方向(即，Z方向)上的螺栓3的位置(即，高度)来判断螺栓3是否到达螺纹孔4。位置判断部93可以例如根据设置于机器人2的关节部分的角位置传感器的值等来确定螺栓3的高度。作为该角位置传感器，例如能够使用旋转编码器等。

如图5的(b)所示，在螺栓3与工件W接触时，如果螺栓3到达了螺纹孔4，则螺栓3进入到螺纹孔4的前端部分。与此相对，如图5的(d)所示，在螺栓3未到达螺纹孔4、而螺栓3与工件W中的螺纹孔4以外的部分接触的情况下，与螺栓3到达螺纹孔4的情况相比，螺栓3的高度增加了螺栓3未进入螺纹孔4的分量。如上所述，根据螺栓3是否到达螺纹孔4，在与工件W接触时的螺栓3的高度不同，因此位置判断部93能够判断螺栓3是否到达螺纹孔4。

位置判断部93可以根据经由螺栓3传递到机器人2的反作用力来判断螺栓3是否与工件W接触。位置判断部93例如可以根据机器人2中的作为基端侧的马达的马达100、200、300的力矩来导出上述的反作用力。当传递到机器人2的反作用力增加时，需要克服该反作用力而移动机器人2，因此控制马达100、200、300时的力矩也增加。因此，能够根据马达100、200、300的力矩，检测传递到机器人2的反作用力。此外，位置判断部93可以替代上述马达100、200、300(或者除了上述马达之外)根据机器人2的其他马达的力矩来导出反作用力。位置判断部93可以例如通过马达中流过的电流来确定马达的力矩。以上是步骤S4的位置判断处理的细节。

(第二移动控制(步骤S5))

如图9所示，第二移动控制的步骤包括步骤S51～S55。在步骤S51中，姿势调整部94使伺服浮动功能无效。此外，控制器9可以不执行该步骤S51。即，控制器9也可以不使伺服浮动功能无效。接着，在步骤S52中，搜寻控制部91使保持着螺栓3的批头部83移动，由此将螺栓3设置到基准位置。即，搜寻控制部91控制机器人2以使得螺栓3从在第一控制中螺栓3与工件W接触的位置处朝向上方向移动、从而将螺栓3设置到基准位置。

如上所述，基准位置是预先设定成螺纹孔4的正上方的位置。但是，例如，在被批头部83吸附的螺栓3因某种原因而倾斜的情况下、或者形成有螺纹孔4的工件W因某种原因而偏移的情况等的情况下，有时位于基准位置的正下方的位置不是螺纹孔4。此时，当在第一控制中从基准位置使螺栓3下降时，螺栓3在与螺纹孔4不同的位置处到达工件W。

在第二移动控制中，控制机器人2以使得以预定范围内的位置为目标来移动螺栓3，该预定范围内围绕基准位置的正下方的位置。在第二移动控制中，例如，也可以将以基准位置的正下方的位置为中心的预定范围内的位置设为目标。

例如，如图6所示，在第一移动控制中到达工件W的位置为与螺纹孔4不同的位置MR的情况下，搜寻控制部91将以该不同的位置MR为中心的预定半径的圆的圆周上的八个位置NR1～NR8确定为新的目标。搜寻控制部91决定被确定为新的目标的位置NR1～NR8的迁移顺序(目标顺序)。

而且，在步骤S53中，搜寻控制部91控制机器人2以将螺栓3移动到目标顺序为第一位的新的目标的正上方。此时，搜寻控制部91控制机器人2以使螺栓3从基准位置仅向X方向和Y方向移动。此外，控制器9可以不执行上述的步骤S52，而在步骤S51之后执行步骤S53。即，控制器9可以不进行朝向基准位置的移动，从第一移动控制中螺栓3到达工件W的位置直接移动到新的目标的正上方。

接着，在步骤S54中，姿势调整部94以Z方向、X方向、以及Y方向的反作用力不超过预定值的方式控制马达100、200、300的力矩，使Z方向、X方向、以及Y方向的伺服浮动功能有效。进一步，在步骤S55中，搜寻控制部91控制机器人2以使得设置于新的目标的正上方的螺栓3向Z方向(下方向)下降。以上是步骤S5的第二移动控制的细节。

此外，搜寻控制部91即使在第二移动控制中将螺栓3移动到目标顺序为第一位的目标、在步骤S4的位置判断中判断为螺栓3未到达螺纹孔的情况下，再次进行第二移动控制以将螺栓3移动到目标顺序为第二位的目标。由此，控制器9被构成为反复进行第二移动控制直到螺栓3到达螺纹孔4为止。此外，搜寻控制部91在即使将上述的位置NR1～NR8作为目标来移动螺栓3、螺栓3也未到达螺纹孔4的情况下，可以将以上述不同的位置MR为中心的、半径更大的圆的圆周上的位置AN1～AN8(参照图6)确定为新的目标。

(正向旋转控制(步骤S6))

如图10所示，正向旋转控制的步骤包括步骤S61～S69。在步骤S61中，姿势调整部94使Z方向、X方向、以及Y方向的伺服浮动功能有效。此外，在Z方向、X方向、以及Y方向的伺服浮动功能已有效的情况下，控制器9可以不执行步骤S61。接着，在步骤S62中，紧固控制部92控制机器人2以使螺栓3临时紧固正向旋转。临时紧固正向旋转是正向旋转、并且是旋转速度比后面叙述的正式紧固正向旋转低的正向旋转。接着，在步骤S63中，紧固控制部92控制机器人2以使螺栓3下降直到马达84的力矩到达预定的临时紧固力矩为止。此外，临时紧固正向旋转时使螺栓3下降的速度低于后面叙述的正式紧固正向旋转时使螺栓3下降的速度。

在步骤S64中，紧固控制部92判断螺栓3是否到达预定的临时紧固完成位置。紧固控制部92可以根据螺栓3与工件W对置的方向(即，Z方向)上的螺栓3的位置(即，高度)，判断螺栓3是否到达临时紧固完成位置。紧固控制部92可以例如根据设置于机器人2的关节部分的角位置传感器的值等，确定螺栓3的高度。

在步骤S64中，在判断为临时紧固完成位置的情况下，紧固控制部92控制机器人2以使螺栓3进行正式紧固正向旋转(步骤S65)。正式紧固正向旋转是正向旋转、并且是旋转速度比临时紧固正向旋转高的正向旋转。接着，在步骤S66中，紧固控制部92控制机器人2以使螺栓3下降直到马达84的力矩到达预定的正式紧固力矩为止。此外，正式紧固正向旋转时使螺栓3下降的速度低于临时紧固正向旋转时使螺栓3下降的速度。

在步骤S67中，紧固控制部92判断螺栓3是否到达预定的正式紧固完成位置。在步骤S67中，在判断为正式紧固完成位置的情况下，姿势调整部94使伺服浮动功能无效(步骤S69)，并结束一系列的螺纹拧紧作业。另一方面，在步骤S64中判断为不是临时紧固完成位置的情况下、以及在步骤S67中判断为不是正式紧固完成位置的情况下，紧固控制部92判断为螺纹拧紧失败(步骤S68)，松开并取出螺栓3，结束处理。以上是步骤S6的正向旋转控制的细节。

[本实施方式的效果]

如以上说明那样，机器人系统1包括具有多关节臂15的机器人2、以及控制机器人2的控制器9。控制器9被构成为执行：控制机器人2以使具有螺纹部的螺栓3反向旋转的同时移动螺栓3；控制机器人2以响应于螺栓3到达螺纹孔4而使螺栓3正向旋转。

在机器人系统1中，螺栓3被反向旋转直到螺栓3到达螺纹孔4为止。即，螺栓3在搜寻螺纹孔4的阶段反向旋转。旋转螺栓3的同时搜寻螺纹孔4，由此与螺栓3未旋转的情况相比，能够稳定螺栓3的姿势。由此，能够抑制螺栓3以倾斜的状态到达螺纹孔4的情况。另外，例如在使螺栓3正向旋转的同时搜寻螺纹孔4的情况下，在螺栓3的位置相对于螺纹孔4偏移的情况下，存在螺栓3相对于螺纹孔4倾斜紧固的问题。关于这点，在机器人系统1中，由于直到到达螺纹孔4为止使螺栓3反向旋转，因此螺栓3不会紧固到螺纹孔4，能够抑制倾斜紧固。以上，根据机器人系统1，能够使移动螺栓3时的姿势稳定的同时，抑制螺栓3的倾斜紧固，由此提高螺纹拧紧精度。

控制器9可以被构成为：在螺栓3与工件W接触的状态下，根据螺栓3与工件W对置的方向(Z方向)上的螺栓3的位置，判断螺栓3是否到达了螺纹孔4(螺纹拧紧开始位置)。在螺栓3与工件W接触的状态下，在螺栓3到达螺纹孔4的情况下(参照图5的(b))、以及未到达的情况下(参照图5的(d))，螺栓3的Z方向的位置(高度)不同，因此根据该螺栓3的高度来判断是否到达螺纹孔4，由此能够以简单的方式准确地检测出螺纹拧紧开始的时刻。

控制器9可以被构成为：根据经由螺栓3传递到机器人2的反作用力，判断螺栓3与工件W是否接触。通过使用机器人2的内部信息，能够以简单的构成准确地判断螺栓3与工件W是否接触。

机器人2具有驱动用的马达100～600，控制器9可以根据这些马达的力矩来导出反作用力。马达的力矩根据反作用力而上升，因此通过基于马达的力矩来导出反作用力，能够以简单的构成准确地判断螺栓3与工件W是否接触。

进一步，控制器9可以根据用于使回旋部20旋转的马达100、用于使臂30摆动的马达200、以及用于使臂40摆动的马达300的力矩，导出反作用力。由此，根据包含回旋部20在内的基侧的三个轴的力矩来导出反作用力，由此能够高灵敏度地检测出反作用力。

控制器9可以被构成为：还执行机器人2的姿势的调整以抑制反作用力的上升。由此，能够一边进行不使推压螺栓3的力过大的控制一边进行螺纹拧紧，通过不使用弹簧等机械式缓冲机构的简单的构成来进行基于机器人2的螺纹拧紧。

控制机器人2以使螺栓3反向旋转的同时移动螺栓3包括第一移动控制和第二移动控制，在第一移动控制中，控制机器人2以使得螺栓3沿着朝向工件W侧的Z方向移动，并到达工件W，在第二移动控制中，控制机器人2以在第一移动控制中螺栓3在与螺纹孔4不同的位置处到达了工件W的情况下，将围绕该位置的预定范围内的位置作为目标来移动螺栓3，控制器9可以被构成为：在第一移动控制的执行中，针对Z方向的反作用力执行机器人2的姿势的调整以抑制反作用力的上升，而针对与Z方向交叉的X方向以及Y方向的反作用力不执行机器人2的姿势的调整，在第二移动控制的执行中，针对Z方向、X方向、以及Y方向的反作用力执行机器人2的姿势的调整以抑制反作用力的上升。

在第一移动控制中螺栓3在与螺纹孔4不同的位置处到达了工件W的情况下，进行第二移动控制。预先设定成螺纹孔4被配置在基准位置的正下方。因此，可以认为即使第一移动控制因某种原因而失败的情况下，螺纹孔4被配置在基准位置的正下方(第一移动控制中螺栓3到达的、与螺纹孔4不同的位置)的周围的可能性高。因此，在第二移动控制中，优选以围绕第一移动控制中螺栓3到达的位置的预定范围内的位置为目标。在第一移动控制中，如果伺服浮动功能对于X方向以及Y方向也有效，由于力矩模仿动作而可能发生到达工件W的螺栓3的X方向和Y方向上的位置偏移的情况。此时，第二移动控制中的目标不是基准位置的正下方的周围位置，可能恶化第二移动控制中的螺纹孔4的搜寻精度。关于这点，在第一移动控制中，能够通过仅使Z方向的伺服浮动功能有效，第二移动控制中的成为设定目标时的基准的位置难以偏移，能够保证第二移动控制中的螺纹孔4的搜寻精度。另一方面，在第二移动控制中，使伺服浮动功能对于X方向和Y方向也是有效的，由此能够通过力矩模仿动作，进行X方向和Y方向的搜索动作，一边使X方向和Y方向的位置偏移，一边在大范围内搜寻螺纹孔4。即，在第二移动控制中，能够容易到达螺纹孔4。

控制器9可以被构成为反复进行第二移动控制直到螺栓3到达螺纹孔4为止。例如，如图6所示，控制器9将以第一移动控制中到达的与螺纹孔4不同的位置MR为中心的预定半径的圆周上的位置NR1～NR8确定为新的目标，决定目标顺序，并向位置NR1～NR8依次迁移螺栓3直至到达螺纹孔4为止。通过如此反复进行向新的目标的螺栓3的迁移，能够使螺栓3以高准确率到达螺纹孔4。

控制器9可以被构成为：通过用于使回旋部20旋转的马达100、用于使臂30摆动的马达200、以及用于使臂40摆动的马达300的力矩控制，来执行调整机器人2的姿势以抑制反作用力的上升。通过进行包含回旋部20在内的基侧的三个轴的力矩控制，能够提高对于反作用力的响应性。

控制器9可以被构成为：当使螺栓3正向旋转时，与拧入螺栓3对应地增加螺栓3的旋转速度。在将螺栓3拧入螺纹孔4时，越处于拧入的初始阶段，螺纹孔4中的螺栓3的可动范围越宽，容易因螺栓3的位置偏移而产生倾斜紧固。关于这点，在初始阶段中，通过将螺栓3的旋转速度设定得低，能够使基于力矩控制的模仿动作更加可靠地作用的同时适当地抑制倾斜紧固。另一方面，在大致确定螺栓3的位置的拧入的后期阶段，通过将螺栓3的旋转速度设定得高，能够迅速进行螺纹拧紧，缩短作业时间。

控制器9可以被构成为：当使螺栓3正向旋转时，与拧入螺栓3对应地、阶段性地增加螺栓3的旋转速度。具体而言，在本实施方式中，在拧入的初始阶段进行临时紧固处理，在拧入的后期阶段进行比临时紧固处理中的螺栓3的旋转速度高的正式紧固处理。通过将旋转速度阶段性增加，能够简单且适当地进行与拧入的进行对应的旋转速度的变更。

机器人2可以被构成为：螺栓3的位置与机器人2的姿势对应地唯一确定。由此，能够根据机器人2的姿势，简单且高精度地确定螺栓3的位置。

机器人2可以被构成为：在保持有螺栓3的状态下，从多关节臂15的最前端的关节到螺栓3的距离恒定。由此，能够仅从机器人2的位置简单地确定螺栓3的位置，通过更简单的构成来确定螺栓3的位置。

机器人2可以被构成为：还具有能够安装到末端部80的螺母拧紧机81，螺母拧紧机81具有相对于末端部80可拆装的基部82、相对于基部82可拆装且保持螺栓3的批头部83、以及使螺栓3相对于基部82旋转的马达84，从基部82至由批头部83保持的螺栓3为止的距离恒定。通过使用螺母拧紧机81，能够简单且适当地进行基于机器人2的螺纹拧紧。另外，在使用螺母拧紧机81进行螺纹拧紧时，从基部82到螺栓3为止的长度保持不变，因此能够仅从机器人2的位置简单地确定螺栓3的位置，通过更简单的构成来确定螺栓3的位置。

此外，从基部82到螺栓3的长度保持不变是指：在批头部83中，没有设置在螺栓3的轴向上伸缩的主轴单元等弹簧机构。认为通过不设置弹簧机构，与设置有弹簧机构的情况相比，容易发生螺栓3的螺纹牙和螺纹孔4的螺纹牙之间的不完全啮合。关于这点，在本实施方式中，如上所述那样螺栓3反向旋转，因此即使在未使用弹簧机构、且使从基部82到螺栓3为止的长度保持不变的情况下，也能够抑制螺纹牙之间的不完全啮合的发生。

以上，针对实施方式进行了说明，但本发明不一定限于上述施方式，能够在不脱离其主旨的情况下进行各种变更。

虽然说明了例如在螺栓3与工件W接触的状态下，根据螺栓3与工件W对置的方向上的螺栓3的位置，判断螺栓3是否到达螺纹孔4的情况，但不限于此。即，例如，可以通过相机等来确定螺栓3的位置，由此判断螺栓3到达螺纹孔4。

另外，虽然说明了机器人2被构成为：具有螺母拧紧机81、且从螺母拧紧机81的基部82到由批头部83保持的螺栓3为止的距离恒定，但不限于此。即，例如，可以被构成为：在螺母拧紧机的批头部设置弹簧机构，还具有从基部到螺栓为止的距离为可变更的同时、能够检测弹簧机构的位移量的构成，由此，根据机器人的姿势唯一确定螺栓的位置。

另外，虽然说明了机器人2具有螺母拧紧机81、且由该螺母拧紧机81进行螺纹拧紧，但不限于此，也可以通过安装到末端部的其他末端执行器来进行螺纹拧紧。

产业上的可用性

本公开能够用于利用了机器人的螺纹拧紧作业中。

符号说明

1…机器人系统，2…机器人、3…螺栓(紧固部件)，4…螺纹孔，9…控制器，15…多关节臂，20…回旋部，30、40…臂(第一臂以及第二臂)，80…末端部(前端部)，81…螺母拧紧机(螺纹拧紧机构)，82…基部，83…批头部(保持部)，100、200、300…马达(第一马达、第二马达、以及第三马达)，W…工件(被紧固部件)。

Claims (15)

1.一种机器人系统，包括：

机器人，具有多关节臂；以及

控制器，被构成为执行：控制所述机器人以一边将具有螺纹部的紧固部件向松开方向旋转一边移动所述紧固部件；控制所述机器人以响应于所述紧固部件到达螺纹拧紧开始位置而将所述紧固部件向紧固方向旋转。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为：在所述紧固部件与被紧固部件接触的状态下，根据所述紧固部件在所述紧固部件与所述被紧固部件对置的方向上的位置，判断所述紧固部件到达所述螺纹拧紧开始位置。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为还执行：基于经由所述紧固部件传递到所述机器人的反作用力，判断所述紧固部件是否与所述被紧固部件接触。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，

所述机器人具有至少一个驱动用的马达，

所述控制器基于所述马达的力矩，导出所述反作用力。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为还执行：调整所述机器人的姿势以抑制所述反作用力的上升。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，

控制所述机器人以一边将所述紧固部件向松开方向旋转一边移动所述紧固部件包括：

第一移动控制，控制所述机器人以将所述紧固部件沿着朝向所述被紧固部件侧的第一方向移动，并到达至所述被紧固部件；以及

第二移动控制，控制所述机器人以在所述第一移动控制中所述紧固部件在与所述螺纹拧紧开始位置不同的位置处到达至所述被紧固部件的情况下，以围绕该位置的预定范围内的位置为目标移动所述紧固部件，

所述控制器被构成为：

在所述第一移动控制的执行中，针对所述第一方向的反作用力执行所述机器人的姿势调整以抑制所述反作用力的上升，针对与所述第一方向交叉的方向的反作用力不执行所述机器人的姿势调整，

在所述第二移动控制的执行中，针对所述第一方向的反作用力以及与所述第一方向交叉的方向的反作用力，执行所述机器人的姿势调整以抑制所述反作用力的上升。

7.根据权利要求6所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为：反复进行所述第二移动控制，直到所述紧固部件到达所述螺纹拧紧开始位置为止。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人包括：回旋部、与所述回旋部串联连接的第一臂和第二臂、用于使所述回旋部回旋的第一马达、用于使所述第一臂摆动的第二马达、以及用于使所述第二臂摆动的第三马达，

所述控制器被构成为：通过所述第一马达、所述第二马达以及所述第三马达的力矩控制，执行所述机器人的姿势调整以抑制所述反作用力的上升。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人包括：回旋部、与所述回旋部串联连接的第一臂和第二臂、用于使所述回旋部回旋的第一马达、用于使所述第一臂摆动的第二马达、以及用于使所述第二臂摆动的第三马达，

所述控制器基于所述第一马达、所述第二马达以及所述第三马达的力矩，导出所述反作用力。

10.根据权利要求5至8中任一项所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为：当将所述紧固部件向紧固方向旋转时，随着所述紧固部件的螺纹拧入的进行，增加所述紧固部件的旋转速度。

11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，

所述控制器被构成为：当将所述紧固部件向紧固方向旋转时，随着所述紧固部件的螺纹拧入的进行，阶段性地增加所述紧固部件的旋转速度。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的机器人系统，其中，

所述机器人被构成为：所述紧固部件的位置根据所述机器人的姿势而唯一地确定。

13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中，

所述机器人被构成为：在保持所述紧固部件的状态下，从所述多关节臂的最前端的关节到所述紧固部件为止的距离恒定。

14.根据权利要求13所述的机器人系统，其中，

所述机器人还具有能够安装到所述多关节臂的前端部的螺纹拧紧机构，

所述螺纹拧紧机构包括：

能够相对于所述前端部拆装的基部、能够相对于所述基部拆装且保持所述紧固部件的保持部、以及使该紧固部件相对于所述基部旋转的马达，

所述螺纹拧紧机构被构成为：从所述基部到由所述保持部保持的所述紧固部件为止的距离恒定。

15.一种控制方法，使用具有多关节臂的机器人，其中，所述控制方法包括：

控制所述机器人以一边将具有螺纹部的紧固部件向松开方向旋转一边移动所述紧固部件；以及

控制所述机器人以响应于所述紧固部件到达螺纹拧紧开始位置而将所述紧固部件向紧固方向旋转。