JP2017127940A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面移動機構を作動させて要素保持部を位置決め停止させた際及び要素保持部により機械要素を取り付ける過程で要素保持部が振動しにくいロボット装置を提供する。【解決手段】Ｚスライダ１５ａは、ワークを保持する作業台１６ａを高さ方向に移動させる。ビス締めユニット１４は、部品本体２２に設けられた取付部に対して高さ方向の相対移動を伴って取り付けられるビスを保持する。Ｘスライダ１１ａ及びＹスライダ１０は、作業台１６ａの上方に設けられ、高さ方向と交差する平面でビス締めユニット１４を自在に移動させる。制御部５０は、ビス締めユニット１４に保持されたビスをＸスライダ１１ａ、Ｙスライダ１０、及びＺスライダ１５ａにより取付部に位置決める。その後、制御部５０は、ビスを取付部に取り付ける過程でＺスライダ１５ａによりビスと取付部との間に相対移動を生じさせる。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに設けられた取付位置にねじ等の機械要素を取り付けるロボット装置に関する。

Ｘスライダ、Ｙスライダ、及びＺスライダを組み合わせた直交ロボット装置が開発されている。直交ロボット装置を用いてワークに機械要素の取り付けを行う場合、基台に固定された作業台上にワークを固定し、作業台の上方でＸスライダ、Ｙスライダ、及びＺスライダを作動させてワーク上の取付位置に機械要素を保持する要素保持部を位置決めている。そして、ワーク上の取付位置に要素保持部を位置決めした後、要素保持部に設けた別のＺ軸移動機構を作動させて、ワーク上の取付位置に要素保持部を着地させて機械要素を取り付けている。

あるいは、特許文献１に示されるように、Ｚ軸移動機構により昇降する要素保持部を設けた加工ヘッドを基台側に固定しておき、加工ヘッドの下方でワークを固定したテーブルを移動させてワークを要素保持部に位置決める構成が考えられる。要素保持部の下方でワークを移動させて要素保持部の直下にワークを位置決め、Ｚ軸移動機構によって要素保持部を下降させてワークに着地させて機械要素を取り付ける。

特開２００５−９５９９９号公報

要素保持部にＺ軸移動機構あるいはＺスライダを設けた場合、要素保持部の慣性質量が大きくなって、Ｘスライダ、Ｙスライダ、及びＺスライダを作動させて要素保持部を位置決め停止させた際に、要素保持部の振動が収まり難くなる。要素保持部に専用のＺ軸方向の移動機構を設けた場合、要素保持部の慣性質量がさらに大きくなって、要素保持部の支持剛性が低下し、要素保持部に保持された機械要素の振動も深刻になる。振動の問題を解決するためにロボット装置の剛性を高めると、ロボット装置が大型化する。振動を抑制するために位置決めの移動速度を低下させたり、停止後の待ち時間を長くしたりすると、ロボット装置の生産性が低下する。

本発明は、平面移動機構を作動させて要素保持部を位置決め停止させた場合や、要素保持部により機械要素を取り付ける過程で要素保持部が振動しにくいロボット装置を提供することを目的としている。

本発明のロボット装置は、ワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を高さ方向に移動させる昇降機構と、ワークに設けられた取付部に対して高さ方向の相対移動を伴って取り付けられる機械要素を保持する要素保持部と、前記ワーク保持部の上方に設けられ、高さ方向と交差する平面で前記要素保持部を自在に移動させる平面移動機構と、前記昇降機構及び前記平面移動機構を制御する制御部と、前記要素保持部に保持された機械要素を前記平面移動機構及び前記昇降機構により前記取付部に位置決めた後に前記取付部に取り付ける過程で機械要素と前記取付部との間に前記相対移動を生じさせる相対移動手段と、を備えるものである。

本発明によると、平面移動機構を作動させて要素保持部を位置決め停止させた場合や、要素保持部により機械要素を取り付ける過程で要素保持部が振動しにくいロボット装置を提供することができる。

実施の形態１のロボット装置の構成の説明図である。 Ｙ軸方向から見たビス供給ユニットの構成の説明図である。 Ｚ軸方向から見たビス供給ユニットの構成の説明図である。 Ｘ軸方向から見たビス締めユニットの構成の説明図である。 ロボット装置の制御系のブロック図である。 部品本体に組立部品をビス締めする制御のフローチャートである。 実施の形態２のビス締めユニットの取付構造の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の態様１＞
（ロボット装置）
図１は実施の形態１のロボット装置の構成の説明図である。図１に示すように、Ｘ軸とＹ軸は直交しかつＸ軸とＹ軸は同一平面内にある。ロボット装置１は、ベース２上に第１作業台ユニット４、第２作業台ユニット５、位置決めユニット６、供給ユニット７、及びビス供給ユニット８を配置している。

ベース２のＹ軸方向の両端部に一対の支柱９が設けられ、一対の支柱９の間にＹスライダ１０が設けられている。Ｙスライダ１０のガイドレールに沿って、Ｘスライダ１１ａはＹ軸方向へ移動可能である。Ｘスライダ１１ａのガイドレールに沿って、組立ロボット３はＸ軸方向へ移動可能である。このため、組立ロボット３は、Ｙスライダ１０に搬送されてＹ軸方向へ移動し、Ｘスライダ１１ａに搬送されてＸ軸方向へ移動する。組立ロボット３は、組立ハンド１２、移載ハンド１３、及びビス締めユニット１４を一体に取り付けている。

組立ハンド１２は、位置決めユニット６に保持された組立部品２１を把持して、第１作業台ユニット４に保持された部品本体２２に組み付ける。把持手段の一例である組立ハンド１２は、作業台１６ａ上のワークを把持する。組立ハンド１２は、Ｘスライダ１１ａ及びＹスライダ１０によりビス締めユニット１４と一体に移動する。移載ハンド１３は、第２作業台ユニット５に載置された部品本体２２を第１作業台ユニット４へ移動させる。ビス締めユニット１４は、第１作業台ユニット４に保持された部品本体２２及び組立部品２１をビスで一体に固定する。

（第１作業台ユニット）
図１に示すように、第１作業台ユニット４は、部品本体２２に組立部品２１を組み付ける際に、部品本体２２を、ワーク保持部の一例である作業台１６ａ上に位置決めて、ワーク押え手段１７により保持する。作業台１６ａは、ワークを保持する。ワーク押え手段１７は、作業台１６ａ上に部品本体２２を位置決め保持する。平面移動機構の一例であるＸスライダ１１ａ及びＹスライダ１０は、作業台１６ａの上方に設けられ、高さ方向と交差する平面でビス締めユニット１４を自在に移動させる。Ｘスライダ１１ｂは、Ｚスライダ１５ａ及び作業台１６ａをＸ軸方向に移動させる。昇降機構の一例であるＺスライダ１５ａは、部品本体２２を位置決め保持した作業台１６ａをＺ軸方向に上昇及び下降させる。Ｚスライダ１５ａは、作業台１６ａを高さ方向に移動させる。制御部５０は、Ｘスライダ１１ａ、Ｙスライダ１０、及びＺスライダ１５ａを制御する。

（第２作業台ユニット）
第２作業台ユニット５は、作業台１６ａ上に搬入される前に、部品本体２２が作業台１６ｂ上に一時的に置かれる。第２作業台ユニット５は、部品本体２２を位置決め及び保持することが可能である。その後、作業台１６ｂから作業台１６ａへ部品本体２２が移動される。Ｚスライダ１５ｂは、部品本体２２を位置決め保持した作業台１６ｂをＺ軸方向に上昇及び下降させる。

（位置決めユニット）
位置決めユニット６は、作業台１６ａに保持された部品本体２２に対して組み立てられる組立部品２１を、位置決め台１８上で高精度に位置決めする。これにより、組立部品２１が部品本体２２に対して高精度に組み立てられる。位置決め台１８は、供給パレット２０から取り出された組立部品２１が載置される。位置決め機構１９は、位置決め台１８上で組立部品２１を一方向に押圧して、組立部品２１の回転方向の傾きやＸＹ方向の位置ずれを高精度に修正する。Ｚスライダ１５ｃは、組立部品２１を載置した位置決め台１８をＺ軸方向に上昇及び下降させる。

（供給ユニット）
供給ユニット７は、パレット２０に収容された組立部品２１を位置決めユニット６の位置決め台１８へ供給する。供給パレット２０は、組立部品２１を貯蔵及び供給する容器であって、Ｚスライダ１５ｄ上に載置されている。Ｚスライダ１５ｄは、組立部品２１を収容した供給パレット２０をＺ軸方向に上昇及び下降させる。

（ビス供給ユニット）
図２はＹ軸方向から見たビス供給ユニットの構成の説明図である。図３はＺ軸方向から見たビス供給ユニットの構成の説明図である。

図１に示すように、供給制御部の一例である制御部５０は、Ｘスライダ１１ａ、Ｙスライダ１０によりビス締めユニット１４をビス１０９の供給位置に位置決める。その後、ビス１０９を保持したビス保持体１０３をＺ軸移動機構１０４により高さ方向に移動させて、ビス締めユニット１４にビス１０９を供給する。

機械要素供給装置の一例であるビス供給ユニット８は、ロボット装置１のビス締めユニット１４にビス１０９を保持させる。ビス供給ユニット８は、ビス保持体１０３にビスを１個保持して、ビス締めユニット１４へ供給する。供給保持部の一例であるビス保持体１０３は、ビス締めユニット１４に供給するビス１０９を保持する。ビス供給ユニット８は、ビスを保持したビス保持体１０３をＺ軸移動機構１０４によりＺ軸方向に上昇させて、ビス締めユニット１４へビス１０９を受け渡す。供給昇降機構の一例であるＺ軸移動機構１０４は、ビス保持体１０３を高さ方向に移動させる。

図２に示すように、ビス供給ユニット８は、ビスフィーダ１０２内のビスを水平方向に搬送して、分離ユニット１１０のビス保持体１０３へ１個ずつ受け渡す。機械要素蓄積部の一例であるビスフィーダ１０２は、多数のビスを貯蔵し、嵩上げ支持体１０１を介してベース２に取り付けられている。ビスフィーダ１０２は、受渡位置Ｕ１でビス１０９をビス保持体１０３へ受け渡して保持させる。

分離ユニット１１０及びＺ軸移動機構１０４は、Ｘ軸移動機構１０５によりＸ軸方向へ移動可能である。供給移動機構の一例であるＸ軸移動機構１０５は、受渡位置Ｕ１と、受渡位置Ｕ１から高さ方向と交差する方向へ離れた昇降位置Ｓ１とへ、ビス保持体１０３を移動可能である。分離ユニット１１０は、Ｘ軸移動機構１０５の動作に応じてＸ方向に移動した後、供給昇降機構の一例であるＺ軸移動機構１０４の動作に応じてＺ方向に移動して、図１に示すビス締めユニット１４へビス１０９を受け渡す。分離ユニット１１０は、ビス保持体１０３を昇降位置Ｓ１に位置決めて、Ｚ軸移動機構１０４により高さ方向に移動させて、ビス１０９をビス締めユニット１４に供給する。供給昇降機構の一例であるＺ軸移動機構１０４は、ビス１０９を保持したビス保持体１０３を、高さ方向に移動させる。

図３に示すように、リニアレール１０６は、ビス供給ユニット８のビスフィーダ１０２から送り出されたビス１０９を保持して一列に整列させ、ビス保持体１０３へ向かって移動させる。リニアレール１０６は、超音波振動を印加されて、ビス１０９を移動させる。

分離ユニット１１０は、ビス保持体１０３と分離爪１０８とで構成される。分離ユニット１１０は、リニアレール１０６により移送されたビス１０９を１個ずつビス保持体１０３に保持する。係止爪１０７は、矢印方向に移動してリニアレール１０６からビス保持体１０３へのビス１０９の受け渡しを制御する。分離爪１０８は、矢印方向（内側）に移動することにより、ビス１０９をビス保持体１０３の溝の先端位置へ押し込んで位置決める。

（ビス締めユニット）
図４はＹ軸方向から見たビス締めユニットの構成の説明図である。図４に示すように、機械要素の一例であるビス１０９は、ＸＹ平面内の回転を伴って取り付けられる。回転手段の一例である回転駆動部２０３は、ビス締めユニット１４が保持したビス１０９をＸＹ平面内で回転させる。要素保持部の一例であるビス締めユニット１４は、保持したビス１０９を、ワークの一例である部品本体２２に設けられた取付部に対して高さ方向の相対移動を伴って取り付ける。ビス締めユニット１４は、ビス供給ユニット（８：図１）から受け渡されたビス１０９を保持して、電動ドライバ２０２により組立部品２１に締め付ける。

ビス締めユニット１４は、Ｌ字型の支持体２０１を介してＸスライダ１１ａに取り付けられている。回転駆動部２０３は、支持体２０１に取り付けられ、ビット２０４に伝達される回転トルクを制御する。ビット２０４は、回転駆動部２０３に駆動されて回転してビス１０９を締め付ける。ビット２０４は、ビット２０４周囲に取付いている円筒状のビス吸着手段２０５によって、ビス１０９を先端に吸着保持する。ビス１０９を吸着するように、ビス吸着手段２０５の内側空間は、不図示の減圧装置によって減圧されている。ビス吸着手段２０５は、磁力又は粘着力によってビス１０９を吸着保持するものでもよく、機械的に把持するものでもよい。

（直交ロボット装置の問題点）
直交ロボット装置にビス締めユニットを装備してＺ軸方向のビス締めを行わせる場合、従来は、ビス締めユニットにＺ軸移動機構を内蔵していた。そして、直交ロボット装置により移動可能に設けたビス締めユニットがビス供給ユニットからビスを取得した後、ビス締めユニットをビス孔位置に位置決めてビスを回転させ、内蔵するＺ軸方向の移動機構によりビス締めを行っていた。

しかし、この場合、Ｚ軸移動機構によりビス締めユニットが大型化し、直交ロボット装置が高速でビス締めユニットの位置決め停止動作を行う場合、ビス締めユニットに大きな慣性力が加わって停止後に振動し続けることがあった。そのため、ビス供給ユニットからビスを取得する際のビス締めユニットの安定性が損なわれたり、ビス締め不良が発生したり、振動が収まるまで次の動作を待つことでタクトタイムが長くなったりしていた。

そこで、実施の形態１では、ビス締めユニット１４にＺ軸移動機構を内蔵していない。その代わり、ビス締めユニット１４の回転に同期させてＺスライダ１５ａが部品本体２２及び組立部品２１を保持した作業台１６ａをＺ軸方向に上昇させることによりビス締めを実行している。

（制御部）
図５はロボット装置の制御系のブロック図である。図５に示すように、制御部５０は、ハードディスク５４又はＲＯＭ５３から読み出したプログラム及びデータをＲＡＭ５２に保持して、ＣＰＵ５１により刻々の演算及びデータ処理を実行することで、ロボット装置１を制御する。制御部５０は、インターフェース回路５５、５６を通じてロボット装置１の各部を制御する。制御部５０は、インターフェース回路５７を通じて外部のネットワーク６０に接続する。読取部６１に挿入された記録媒体６２には、ビス取り付け方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されている。

図１に示すように、機械要素取り付け方法の一例であるビス１０９の取り付け方法は、位置決め工程に続いて取付工程を実行する。位置決め工程では、制御部５０が、ビス締めユニット１４に保持されたビス１０９をＸスライダ１１ａ、Ｙスライダ１０、及びＺスライダ１５ａにより取付部に位置決める。位置決め工程では、制御部５０が、回転駆動部２０３を停止させている。位置決め工程におけるＺスライダ１５ａによるビス締めユニット１４の移動速度は、続く取付工程におけるＺスライダ１５ａによるビス締めユニット１４の移動速度よりもはるかに大きい。

実施の形態１では、取付工程において、制御部５０が、Ｚスライダ１５ａによりビス締めユニット１４に保持されたビス１０９を取付部に取り付ける。このとき、ビス１０９の取り付けに必要なビス１０９と取付部との間の相対移動は、Ｚスライダ１５ａにより生じさせる。制御部５０は、ビス１０９を取付部に取り付ける過程で、相対移動手段としてＺスライダ１５ａによりビス１０９と取付部との間に、ゆっくりとした相対移動を生じさせる。

取付工程では、制御部５０が、ビス締めユニット１４に保持されたビス１０９を回転駆動部２０３により回転させる。ビス１０９は、相対移動におけるＸＹ平面内の回転の一回転ごとの移動量であるリード値が規定値である。このため、取付工程では、制御部５０が、Ｚスライダ１５ａによりビス締めユニット１４を移動させる移動速度をリード値の規定値に応じて異ならせる。

（ビス締め装置の動作説明）
図６は部品本体に組立部品をビス締めする制御のフローチャートである。図１に示すように、ユーザーは、部品本体２２を第２作業台ユニット５の作業台１６ｂに配置する。あるいは、不図示の搬送機構により部品本体２２が作業台１６ｂ上に搬送される。ユーザーは、操作盤９を操作して、作業台１６ｂ上で部品本体２２の位置決め、保持を行い、組立の開始を指令する。

図６に示すように、ＣＰＵ５１は、部品本体２２の配置後、部品本体２２を第２作業台ユニット５の作業台１６ｂから第１作業台ユニット４の作業台１６ａへ移動させる（Ｓ１１）。ＣＰＵ５１は、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、組立ロボット３に備えられた移載ハンド１３を第２作業台ユニット５上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、移載ハンド１３が第２作業台ユニット５上に移動完了後、第２作業台ユニット５に備えられたＺスライダ１５ｂを上昇させ、作業台１６ｂに置かれている部品本体２２を移載ハンド１３により把持する。ＣＰＵ５１は、部品本体２２を把持すると、Ｚスライダ１５ｂを下降させる。下降後、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、部品本体２２を把持した移載ハンド１３を第１作業台ユニット４上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、移載ハンド１３が第１作業台ユニット４上に移動完了後、第１作業台ユニット４に備えられたＺスライダ１５ａを上昇させる。ＣＰＵ５１は、移載ハンド１３による把持を解除することで、作業台１６ａ上に部品本体２２を載置する。ＣＰＵ５１は、Ｚスライダ１５ａを下降させて部品本体２２を作業位置へ移動させた後、ワーク押え手段１７を作動させることにより、部品本体２２を作業台１６ａ上に位置決めて保持する。

ＣＰＵ５１は、部品本体２２の移動後、位置決めユニット６において、位置決め機構１９を用いた組立部品２１の位置決めを実行する（Ｓ１２）。なお、位置決めユニット６における位置決め機構１９を用いた位置決め作業は、高精度な組立作業が要求される場合にのみ実行される。

ＣＰＵ５１は、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、組立ロボット３に備えられた組立ハンド１２を供給ユニット７上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、組立ハンド１２が供給ユニット７上に移動完了後、供給ユニット７に備えられたＺスライダ１５ｄを上昇させ、供給パレット２０内に配置されている組立部品２１を組立ハンド１２により把持する。ＣＰＵ５１は、Ｚスライダ１５ｄを作動させて供給ユニット７を下降させた後、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、組立部品２１を把持した組立ハンド１２を位置決めユニット６上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、組立ハンド１２が位置決めユニット６上に移動完了後、位置決めユニット６に備えられたＺスライダ１５ｃを上昇させて、上昇後、組立ハンド１２による把持を解除して、組立部品２１を位置決め台１８上に載置する。ＣＰＵ５１は、組立ハンド１２の把持の解除後、位置決め機構１９を作動させて位置決め台１８上における組立部品２１のＸＹ方向の位置及び傾きの精度を高める。

ＣＰＵ５１は、位置決めユニット６における組立部品２１の位置決め作業の完了後、組立部品２１を部品本体２２に組み付ける（Ｓ１３）。

ＣＰＵ５１は、位置決め台１８上の位置精度が向上された組立部品２１を組立ハンド１２により再び把持した後に、Ｚスライダ１５ｃを下降させて空の位置決め台１８を元の位置に戻す。ＣＰＵ５１は、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、組立部品２１を把持した組立ハンド１２を第１作業台ユニット４上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、組立ハンド１２が第１作業台ユニット４上へ移動完了後、Ｚスライダ１５ａを作動させて作業台１６ａを上昇させる。これにより、組立ハンド１２が把持している組立部品２１が、作業台１６ａに位置決め保持されている部品本体２２に嵌合する。ＣＰＵ５１は、組立部品２１と部品本体２２の嵌合後、組立ハンド１２による組立部品２１の把持を解除し、その後、Ｚスライダ１５ａを作動させて作業台１６ａを下降させる。これにより、組立部品２１及び部品本体２２がビスを用いて固定可能な高さ位置へ位置決められる。

ＣＰＵ５１は、部品本体２２に対する組立部品２１の嵌合後、ビス締めユニット１４にビスを保持させる（Ｓ１４）。ＣＰＵ５１は、部品本体２２に対する組立部品２１の嵌合後、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、ビス締めユニット１４をビス供給ユニット８上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、回転駆動部２０３を作動させてビット２０４の回転を開始させる。

このとき、ＣＰＵ５１は、ビス供給ユニット８において、係止爪１０７を閉じて、ビスフィーダ１０２から供給されてリニアレール１０６上に整列したビス１０９の進行を止めている。ＣＰＵ５１は、Ｚ軸移動機構１０４及びＸ軸移動機構１０５を作動させて、ビス保持体１０３をリニアレール１０６に近接した受け渡し位置に位置決める。ＣＰＵ５１は、ビス保持体１０３を受け渡し位置に位置決めた状態で係止爪１０７、１０８を外側へ移動させる。これにより、リニアレール１０６上に整列したビス１０９がビスフィーダ１０２の推進力によってビス保持体１０３に受け渡される。ＣＰＵ５１は、係止爪１０７を閉じて後続のビス１０９の進行を止めた後、分離爪１０８を閉じる。これにより、ビス保持体１０３と分離爪１０８によって１個のビス１０９が分離ユニット１１０に保持される。ＣＰＵ５１は、Ｘ軸移動機構１０５を作動させて、分離ユニット１１０を移動させることにより、ビス供給ユニット８から１個のビス１０９を分離する。ＣＰＵ５１は、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、ビス締めユニット１４をビス供給ユニット８上へ移動させる。ＣＰＵ５１は、移動完了後、Ｚ軸移動機構１０４を作動させてビス１０９を保持したビス保持体１０３を上昇させて、電動ドライバ２０２の回転するビット２０４の先端にビスを接触させる。

ＣＰＵ５１は、ビット２０４の先端にビス保持手段２０５によりビス１０９を吸着させた状態で分離爪１０８を外側へ開く。ＣＰＵ５１は、Ｚ軸移動機構１０４を作動してビス保持体１０３を下降させる。これにより、ビス１０９が電動ドライバ２０２に受け渡されて保持される。

ＣＰＵ５１は、ビス締めユニット１４によるビス１０９の保持の完了後、ビス１０９を保持したビス締めユニット１４を、組立部品２１及び部品本体２２のビス孔位置へ位置決める（Ｓ１５）。ＣＰＵ５１は、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａを作動させて、ビス締めユニット１４を第１作業台ユニット４上へ移動させる。

ＣＰＵ５１は、ビス締めユニット１４の移動完了後、ビス締めユニット１４による組立部品２１及び部品本体２２のビス締めを実行する（Ｓ１６）。

ＣＰＵ５１は、ビス締めユニット１４の移動完了後、第１作業台ユニット４が備えるＺスライダ１５ａを作動させて作業台１６ａを上昇させる。ＣＰＵ５１は、作業台１６ａの上昇過程で、Ｚスライダ１５ａの移動速度を、ビス１０９のネジピッチと回転駆動部２０３の回転速度から算出される値に設定している。また、ビス１０９に対する推力はＺスライダ１５ａによって制御している。ＣＰＵ５１は、作業台１６ａの上昇過程で、回転駆動部２０３のトルクを検知している。作業台１６ａの上昇過程で、ビス１０９と部品本体２２とが接触すると、回転駆動部２０３のトルク変化が始まり、ビス締めが終わるとトルクが所定値になる。ＣＰＵ５１は、トルク変化の開始後、トルクが所定値になった箇所を検出したタイミングで、ビス締めユニット１４の回転駆動部２０３とＺスライダ１５ａとを停止させる。

ＣＰＵ５１は、ビス締めユニット１４による組立部品２１及び部品本体２２のビス締め実行後、ビス締めユニット１４を退避させる（Ｓ１７）。ＣＰＵ５１は、組立部品２１及び部品本体２２のビス締め実行後、第１作業台ユニット４が備えるＺスライダ１５ａを作動させて作業台１６ａを下降させることにより、組立部品２１及び部品本体２２からビス締めユニット１４を退避させる。

ＣＰＵ５１は、ビス締めユニット１４の退避完了後、組立終了した組立部品２１及び部品本体２２をロボット装置１の外部に排出する（Ｓ１８）。部品本体２２に組立部品２１がビスで結合され、ロボット装置１での組立工程が終了すると、第１作業台ユニット４が備えるＸスライダ１１ｂが動作することで、作業台１６ａに設置されている部品本体２２がロボット装置１の外部に排出される。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、部品本体２２に対して組立部品２１を組み付けた後、ビス締めユニット１４で部品本体２２にビス締めをすることで部品本体２２に対して組立部品２１が固定される。このとき、組立部品２１に対してＺ軸方向に上下動作するＺスライダ１５ａが第１の作業台ユニット４に備えられているために、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａに加わる慣性力が小さくなる。このため、Ｙスライダ１０及びＸスライダ１１ａが高速で動作しても、組立ハンド１２、移載ハンド１３、ビス締めユニット１４の振動を小さく抑えることができる。

実施の形態１では、Ｚスライダ１５ａがビス締めユニット１４と分離されているため、ビス締めユニット１４の振動の影響を受けなくなり、ビス締めを行うときのＺ方向の移動による振動もまた小さく抑えることができる。その結果、ビス締めユニット１４が保持手段上に停止する位置精度が向上し、かつビス締め中の振動を抑えることより高精度なビス締めを行うことができる。

実施の形態１では、ビス１０９に対してＺ軸方向に上下動作するＺ軸移動機構１０４がビス供給ユニット８に備えられているため、Ｚ軸移動機構１０４は、分離されたビス１０９のみ移動させる。そのため、Ｚ軸移動機構１０４の動作によって移動する物体の質量が小さくなる。Ｚ軸移動機構１０４に負荷される慣性力が小さくなることで、Ｚ軸移動機構１０４が高速で動作しても、ビスと分離手段の振動を小さく抑えることができる。そのため、ビス締めユニット１４とビス保持体１０３に保持されたビス１０９の相対位置関係が一定になることで、安定したビスの受渡しができる。

実施の形態１では、ビス締めユニットを部品本体のビス孔位置へ位置決め停止させる際の振動を軽減して、安定したビス供給からビス締めまでを実行することができる。自動機によるビス締め作業において、ビス締めユニットの振動を低減することで、ビス供給からビス締めまでの一連の作業を安定して行うことができる。

実施の形態１では、部品本体２２を保持する作業台１６ａがＺ軸方向に動作するＺスライダ１５ａを備える。そして、Ｘスライダ１１ａ及びＹスライダ１０によりビス締めユニット１４と部品本体２２の位置決めを行い、作業台１６ａが昇降動作することによりビス締め作業を行う。そのため、Ｚスライダが備えられた通常のビス締め装置よりも位置決め移動する際の慣性力が小さい。これにより、Ｘスライダ１１ａ及びＹスライダ１０が高速で動作しても、ビス締めユニット１４を備えたＸスライダ１１ａの振動を小さく抑えることができる。そのため、ビス締めユニット１４が作業台１６ａ上に停止する位置精度が向上し、高精度なビス締めを行うことができる。

実施の形態１では、ビス供給ユニット８に備えられた分離ユニット１１０がＺ軸移動機構１０４を備え、分離ユニット１１０が上下動作することにより、ビス締めユニット１４にビス１０９が受け渡される。ビス保持体１０３により分離されたビス１０９のみが移動するため、通常のビス締め装置よりもＺ軸移動機構の動作によって移動する物体の質量が小さくなる。Ｚ軸移動機構に負荷される慣性力が小さくなることで、Ｚ軸移動機構が高速で動作してもビス１０９とビス保持体１０３の振動を小さく抑えることができる。ビス締めユニット１４とビス保持体１０３に保持されたビス１０９の相対位置関係が一定になることで、安定したビス１０９の受渡しができる。

＜実施の態様２＞
図７は実施の形態２のビス締めユニットの取付構造の説明図である。図７に示すように、実施の形態２では、図４に示すＸスライダ１１ａに対するビス締めユニット１４の取付構造のみが実施の形態１とは異なる。そのため、図７中、実施の形態１と同一の構成には図４と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

（ビス締めユニットの取付構造）
図７に示すように、実施の形態２のロボット装置１は、ビス締めユニット１４に比較的に軽量な推力調整機構３０５を備える。推力調整機構３０５は、ビス締めユニット１４がビス１０９に与える推力を制御する。実施の形態２では、ビス１０９の取り付けに必要なビス１０９と取付部との間の相対移動の速度が、推力調整機構３０５のＺ軸案内部３０６及びばね３０７により機械的に調整される。

相対移動手段の一例である推力調整機構３０５は、Ｚ軸案内部３０６によりビス締めユニット１４をＸスライダ１１ａ及びＹスライダ１０に対して高さ方向へ移動可能に支持し、ばね３０７によりビス締めユニット１４を下方へ付勢している。推力調整機構３０５は、これにより、ビス締めユニット１４の上方への自在な速度での相対移動を許容する。Ｚ軸案内部３０６は、電動ドライバ２０２を支持体２０１に沿って自在に摺擦させる。突き当り部３０６ａは、Ｚ軸案内部３０６の下端に設けられ、電動ドライバ２０２に当接して、電動ドライバ２０２を可動範囲の下端位置に位置決めている。ばね３０７は、電動ドライバ２０２と支持体２０１の間に、引張ばねとして初期張力をもって取り付けられている。

（ビス締め付け制御）
実施の形態２における位置決め工程は、実施の形態１と同一に制御され、ビス１０９を保持したビス締めユニット１４が部品本体２２及び組立部品２１の取付部に位置決められる。しかし、続く取付工程では、電動ドライバ２０２によってビス１０９を回転させつつ、部品本体２２及び組立部品２１を保持した作業台１６ａを実施の形態１よりも速い速度でＺスライダ１５ａにより上昇させる。

部品本体２２及び組立部品２１を保持した作業台１６ａがＺスライダ１５ａにより上昇する途中、ビス１０９と部品本体２２とが接触する。そして、ビス締めユニット１４に保持されたビス１０９が回転することで、部品本体２２上の雌ねじにビス１０９が締め始められる。Ｚスライダ１５ａの移動速度を、ビスのねじピッチと回転駆動部２０３の回転数から算出されるねじ込み速度よりも大きくすることと、ビス締めをしながらＺ軸案内部３０６が動作することとにより、ビス締めユニット１４が上昇してばね３０７が伸張する。

ビス１０９と部品本体２２上の雌ねじに対するビス締め推力は、ビス１０９と部品本体２２が接触した時点で、ばね３０７の初期張力となる。Ｚスライダ１５ａの移動完了後、ばね３０７の張力下でビス締めが進行することで、ビス締めユニット１４が下降する。ビス締めが始まった後、Ｚスライダ１５ａが移動完了位置に移動するまで、ばね３０７が伸張するため、ビス締め推力は大きくなる。

Ｚスライダ１５ａの移動完了後、ビス締めユニット１４がビス締めを行うことにより下降すると、ばね３０７の伸張は小さくなり、ビス締め推力は小さくなる。ばね３０７によるビス締め推力は、常に初期張力以上となっているため、初期張力を必要ビス締め推力以上に設定することと、バネ定数を小さくすることとで、一定の範囲にビス締め推力を制御することができる。

回転駆動部２０３のトルクは、ビス１０９と組立部品２１とが接触すると増大する。電動ドライバ２０２において締め付けトルクが所定値になったことを検知して電動ドライバ２０２を停止させることで、ビス１０９の締め付けトルクを所定値に制御できる。制御部（５０：図５）は、締め付けトルクが所定値になったことを検知してビス締めユニット１４が備える回転駆動部２０３を停止させる。

（実施の形態２の効果）
実施の形態２の構成及び制御によれば、Ｚ軸案内部３０６とばね３０７によって、ビス１０９と部品本体２２上の雌ねじに対して常に一定範囲の推力を与えているため、ビット２０４とビス１０９のビス頭の嵌合がビス締め途中に外れることがない。また、ビス１０９と部品本体２２上の雌ねじの相対位置関係及び締め付けトルクを一定範囲に制御することができる。

このため、Ｚスライダ１５ａの推力と移動速度とを実施の形態１のように微細に制御することなく、ビット２０４とビス２０９に必要な推力を与えることができ、安定したビス締めを行うことができる。

（比較例）
比較例では、図１に示すビス締めユニット１４にＺスライダを設けて、ビス締め付け時のビスのＺ方向の下降速度を精密に調整できるようにしている。すなわち、図４に示すように、ビス締めユニット１４を移動させる位置決め工程を行って部品本体２２の雌ねじにビス２０９を位置決めて対向させた状態で、作業台１６ａはロックされる。そして、ビス締めユニット１４に設けたＺスライダを作動させることにより、高さが固定された部品本体２２の雌ねじに対して、ビス締めユニット１４全体を精密に制御された速度で下降させて、ビス２０９の締め付けを行う。

なお、特許文献１には、ビス締めユニット等が設けられた固定の加工ヘッドの下を、被加工部品を保持したテーブルが移動して被加工部品をビス締めユニット等に位置決める組立加工装置が示される。ここでも、比較例のように、ビス締めユニット等に対して被組立部品を位置決めた後に、ビス締めユニットのほうを下降させてビス締めを行うことになる。

しかし、比較例１では、ビス締めユニット１４がＺ軸方向に移動するため、Ｚスライダが必要となる。また、ビス締めユニット１４にＺスライダを設けると、組立ロボット３の重量が増大して位置決め誤差が増大したり、停止後に振動し易くなったりする。

そして、ビス締めユニット１４がＸ軸又はＹ軸方向に移動している間は、ビス締めユニット１４をＺ軸方向に移動することができない。ビス締めユニット１４を下降させてビス締め動作を行う時、ビス締めユニット１４がＸ軸又はＹ軸方向に振動していると、安定したビス締めができない。雌ねじからビス２０９が外れてビス締め動作に影響を与えるおそれもある。このため、位置決め工程における組立ロボット３の移動速度を低下させたり、組立ロボット３の停止後の待ち時間を長くしたりすることになり、ロボット装置１の生産性が低下する。

これに対して実施の形態１、２では、ビス締めユニット１４にＺスライダを設ける必要が無いため、位置決め工程における組立ロボット３の移動速度を高速化し、組立ロボット３の停止後の待ち時間を短縮することができる。これにより、ロボット装置１の生産性が向上する。

＜その他の実施の形態＞
本発明のロボット装置は、実施の形態１、２における具体的な各部構成、部品形態、及び実寸法には限定されない。実施の形態１、２の構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。

実施の形態１、２では、機械要素がビス１０９である例を説明した。しかし、要素保持部によってワークに取り付ける機械要素はビスには限定されない。ボルト、ナット、タッピングスクリュー、セルフタップねじであってもよい。コイルばね、ねじりばね、Ｃリング、Ｅリングであってもよい。ピン、キー、割ピン、ボール、ニードル等であってもよい。実施の形態１、２では１個の機械要素を取り付ける例を説明したが、同時進行で並列に複数の機械要素を取り付けてもよい。

実施の形態１、２では、機械要素が要素保持部の先端に真空吸着により保持される例を説明した。しかし、機械要素を要素保持部に保持させる方法は真空吸着には限らない。吸盤吸着、粘着、磁石、係合等により機械要素を要素保持部に保持させてもよい。

実施の形態２においては、ビス締め推力を与える手段としてばねを活用する例を説明した。しかし、これに代えて、例えば、シリンダを用いてシリンダに供給するエア圧を一定にしてビス締め推力を一定の範囲に押えるように実施してもよい。

実施の形態２においては、位置決め工程は、ビス１０９が取付部の雌ねじに非接触の状態まで実行した。しかし、位置決め工程は、ビスが取付部の雌ねじに接触し、ビス締めユニット１４が推力調整機構３０５の調整範囲で持ち上がる状態まで実行してもよい。すなわち、ビス締めユニット１４が回転するだけで、追加のＺスライダ１５ａの移動を要することなくビス締めが終了するようにしてもよい。

１：ロボット装置、８：ビス供給ユニット（機械要素供給装置）、１０：Ｙスライダ（平面移動機構）、１１ａ：Ｘスライダ（平面移動機構）、１２：組立ハンド（把持手段）、１３：移載ハンド（把持手段）、１４：ビス締めユニット（要素保持部、回転手段）、１５ａ：Ｚスライダ（昇降機構）、１６ａ：作業台（ワーク保持部）、１７ ワーク押え機構（ワーク保持部）、２１：組立部品（ワーク）、２２：部品本体（ワーク）、５０：制御部、６１：読取部、６２：記録媒体、１０２：ビスフィーダ（機械要素蓄積部）、１０３：ビス保持体（供給保持部）、１０４：Ｚ軸移動機構（供給昇降機構）、１０５：Ｘ軸移動機構（供給移動機構）、１０９：ビス（機械要素）、１１０：分離ユニット（供給保持部）、２０１：支持体、２０２：電動ドライバ、２０３：回転駆動部（回転手段）、２０４：ビット（要素保持部）、３０５：推力調整機構（支持手段、付勢手段）、３０６：Ｚ軸案内部（支持手段）、３０７：ばね（付勢手段）

Claims (17)

1. ワークを保持するワーク保持部と、
   前記ワーク保持部を高さ方向に移動させる昇降機構と、
   ワークに設けられた取付部に対して高さ方向の相対移動を伴って取り付けられる機械要素を保持する要素保持部と、
   前記ワーク保持部の上方に設けられ、高さ方向と交差する平面で前記要素保持部を自在に移動させる平面移動機構と、
   前記昇降機構及び前記平面移動機構を制御する制御部と、
   前記要素保持部に保持された機械要素を前記平面移動機構及び前記昇降機構により前記取付部に位置決めた後に前記取付部に取り付ける過程で機械要素と前記取付部との間に前記相対移動を生じさせる相対移動手段と、を備えることを特徴とするロボット装置。
2. 前記相対移動手段は、前記制御部が前記昇降機構により前記相対移動を生じさせることで構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記相対移動手段は、前記要素保持部を前記平面移動機構に対して高さ方向へ移動可能に支持する支持手段と、前記要素保持部を下方へ付勢する付勢手段と、を有することで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット装置。
4. 前記ワーク保持部上のワークを把持する把持手段を備え、
   前記把持手段は、前記平面移動機構により前記要素保持部と一体に移動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボット装置。
5. 機械要素は、前記平面内の回転を伴って前記取付部に取り付けられる機械要素であって、
   前記要素保持部が保持した機械要素を前記平面内で回転させる回転手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット装置。
6. 前記要素保持部に供給する機械要素を保持する供給保持部と、
   前記供給保持部を高さ方向に移動させて機械要素を前記要素保持部に供給する供給昇降機構と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット装置。
7. 受渡位置で機械要素を前記供給保持部に受け渡して保持させる機械要素蓄積部と、
   前記受渡位置と、前記受渡位置から高さ方向と交差する方向へ離れた昇降位置と、へ前記供給保持部を移動可能な供給移動機構と、を備え、
   前記昇降位置にて前記供給保持部を前記供給昇降機構により高さ方向に移動させて機械要素を前記要素保持部に供給することを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
8. 請求項２に記載のロボット装置による機械要素取り付け方法であって、
   前記制御部が、前記要素保持部に保持された機械要素を前記平面移動機構及び前記昇降機構により前記取付部に位置決める位置決め工程と、
   前記制御部が、前記位置決め工程の後に、前記昇降機構により機械要素と前記取付部との間に前記相対移動を生じさせることを含んで、前記昇降機構により前記要素保持部に保持された機械要素を前記取付部に取り付ける取付工程と、を備えることを特徴とする機械要素取り付け方法。
9. 請求項３に記載のロボット装置による機械要素取り付け方法であって、
   前記制御部が、前記要素保持部に保持された機械要素を前記平面移動機構及び前記昇降機構により前記取付部に位置決める位置決め工程と、
   前記制御部が、前記位置決め工程の後に、前記支持手段及び前記付勢手段により機械要素と前記取付部との間に前記相対移動を生じさせることを含んで、前記昇降機構により前記要素保持部に保持された機械要素を前記取付部に取り付ける取付工程と、を備えることを特徴とする機械要素取り付け方法。
10. 機械要素は、前記平面内の回転を伴って前記取付部に取り付けられる機械要素であって、前記ロボット装置は、前記要素保持部が保持した機械要素を前記平面内で回転させる回転手段を備え、
    前記取付工程では、前記制御部が、前記要素保持部に保持された機械要素を前記回転手段により回転させることを特徴とする請求項８又は９に記載の機械要素取り付け方法。
11. 機械要素は、前記相対移動における前記回転の一回転ごとの移動量が規定値であって、
    前記取付工程では、前記制御部が、前記昇降機構により前記要素保持部を移動させる移動速度を前記規定値に応じて異ならせることを特徴とする請求項１０に記載の機械要素取り付け方法。
12. 前記位置決め工程では、前記制御部が、前記回転手段を停止させていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の機械要素取り付け方法。
13. 前記制御部は、前記位置決め工程における前記昇降機構による前記要素保持部の移動速度を、前記取付工程における前記昇降機構による前記要素保持部の移動速度よりも大きくすることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の機械要素取り付け方法。
14. 請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の機械要素取り付け方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムを記録した記録媒体。
16. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット装置の前記要素保持部に機械要素を供給して保持させる機械要素供給装置であって、
    機械要素を保持する供給保持部と、
    前記供給保持部を高さ方向に移動させる供給昇降機構と、
    機械要素の供給位置に前記要素保持部を前記平面移動機構により位置決めた後に、機械要素を保持した前記供給保持部を前記供給昇降機構により高さ方向に移動させて前記要素保持部に機械要素を供給させる供給制御部と、を備えることを特徴とする機械要素供給装置。
17. 受渡位置で機械要素を前記供給保持部に受け渡して保持させる機械要素蓄積部と、
    前記受渡位置と、前記受渡位置から高さ方向と交差する方向へ離れた昇降位置と、へ前記供給保持部を移動可能な供給移動機構と、を備え、
    前記供給制御部は、前記昇降位置にて前記供給保持部を前記供給昇降機構により高さ方向に移動させて機械要素を前記要素保持部に供給することを特徴とする請求項１５に記載の機械要素供給装置。

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