JP2018192589A - ねじ締めロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アーチ状の曲面から成るワークへのねじ締め作業を可能とするねじ締めロボットの提供。【解決手段】本発明のねじ締めロボット１は、ねじに係合するビットＢを備えたねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０をビットＢの延びる方向へ直線的に往復移動自在に支持した往復移動手段１１と、この往復移動手段１１およびねじ締めツール１０を旋回して姿勢変更する旋回手段６と、この旋回手段６を取り付け水平方向へ移載可能な水平移動手段５と、前記往復移動手段１１および旋回手段ならびに水平移動手段５へ駆動指令を送りねじ締めツール１０を所定の位置へ移載制御する制御装置２０とから構成される。これにより、旋回手段６を作動させてねじ締めツール１０を垂直姿勢から傾斜姿勢へ変化可能となるので、ワークに設けられたタップ穴の軸線が傾くようなねじ締め箇所であってもこの傾きに合わせてねじを螺入できる。【選択図】図２

Description

本発明は、支持したねじ締めツールを所定角度旋回させて斜め方向へのねじ締めを可能とするねじ締めロボットに関する。

従来のねじ締めロボットは、特許文献１に示されるように、ボルト（以下、ねじという）を回転させて締結可能なねじ締めツールと、このねじ締めツールを先端に取り付けた多関節可動部と、これらねじ締めツールおよび多関節可動部へ駆動指令を送る制御装置とから構成されており、所謂多関節ロボットである。

前記多関節可動部は、複数の旋回軸を直列に連結して構成されており、その先端に取り付けたねじ締めツールを所定の位置へ移載可能とする。これにより、従来のねじ締めロボットは、前記ねじ締めツールの姿勢を水平、垂直のみならず斜めにも可変可能とするので、ねじ締め箇所が傾いているものおよび傾いていないものが混在するようなワークであっても良好なねじ締結を実現できるという特徴がある。

特許第5466987号公報

しかしながら、従来のねじ締めロボットは、前記複数の旋回軸を制御して前記ねじ締めツールを所定の角度に傾け目標のねじ締めポイントに応じた姿勢にした後、さらにこの傾斜した向きをそのままにしてねじ締めツールを直線的にワークへ接近させる必要がある。このように、直線的にねじ締めツールを移動するのは、ねじの先端から螺入し始めて当該ねじの頭部がワークに着座するまで真っすぐに螺入しなければならないからである。このように複数の旋回軸を直列して構成されている多関節ロボットの場合、前述のように直線的にねじ締めツールを移動させるためには、複数の旋回軸を補間制御する必要があり、この補間制御が煩雑であるという問題があった。しかも、従来のねじ締めロボットは、この補間制御の問題に加えて、一旦傾けたねじ締めツールを直線的に移載する際の当該ねじ締めツールの移動速度をワークに螺合し始めたねじの螺入速度に合わせて調整したり、前記ねじを介してワークを強く押圧しないようにするなど配慮しなければならない。よって、先ほどの補間制御という煩雑な制御に加え、螺入速度やビットへ付与する推力を適正に保つための複数の旋回軸の同時制御を行わなければならず、駆動制御がさらに複雑になるという問題もあった。

本発明は、上述した課題を解決することを目的としており、ねじに係合するビットを回転駆動可能に備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを前記ビットの延びる方向へ直線的に往復移動自在に支持した往復移動手段と、この往復移動手段および前記ねじ締めツールを旋回して姿勢変更する旋回手段と、この旋回手段を取り付け水平方向へ移載可能な水平移動手段と、前記往復移動手段および旋回手段ならびに水平移動手段へ駆動指令を送りねじ締めツールを所定の位置へ移載制御する制御装置とから構成したことを特徴とする。なお、前記水平移動手段は、水平面と平行に配され直交方向へそれぞれ往復直動可能なＸ軸およびＹ軸から成る直交移動手段であってもよい。また、前記往復移動手段は、ＡＣサーボモータに接続されたボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合した可動ナットと、この可動ナットを回転自在に支持し当該可動ナットとともにボールねじ軸に沿って移動可能な可動板とから構成され、前記可動板は、前記ボールねじ軸の延びる方向と平行になるように前記ねじ締めツールを固定して成り、前記制御装置は、ワークへ螺合させるねじへ予め設定した設定推力を付与するために当該往復移動手段のＡＣサーボモータを駆動制御するよう構成することが好ましい。

以上説明したように本発明のねじ締めロボットは、水平移動手段と旋回手段とを備えるため、従来の多関節ロボットのような複数の旋回軸を直列に連結するような構成でない形態であってもねじ締めツール１０の軸線を任意の角度に傾けることができるという利点がある。また、本発明のねじ締めロボットは、水平移動手段をＸ軸およびＹ軸から成る構成にしているため、平面上の所定範囲を従来よりも少ない制御軸数によって移動可能となる利点もある。さらに、本発明のねじ締めロボットは、往復移動手段をＡＣサーボモータ、ボールねじ軸、可動ナット、可動板によって構成しているため、可動板の移動力すなわちビットに付与する推力を任意に設定できる。しかも、ねじ締めツールおよび当該ねじ締めツールのビットを往復移動する往復移動手段を一体に旋回可能な旋回手段を備えるので、ねじ締めツールおよび往復移動手段の姿勢をワークの傾きに合わせて可変できるだけでなく、往復移動手段のＡＣサーボモータを１つ制御してビットに付与する推力やビットの移動速度をそれぞれ制御できる。これにより、本発明のねじ締めロボットは、ビットに付与する推力などを従来の多関節ロボットのように複数軸の制御によって実現していたものに比べて、１つのＡＣサーボモータの制御と制御軸数を減らし制御可能であり、しかも安価に提供できるという利点もある。

本発明に係る一実施形態を示すねじ締めロボットの正面図である。 図１の矢印Ｘ方向から見たねじ締めロボットの動作説明図であり、（ａ）は通常状態を示し、（ｂ）は旋回状態を示すのもである。 図１の矢印Ｙ方向から見たねじ締めロボットの動作説明図であり、（ａ）は通常状態を示し、（ｂ）はねじ締め動作状態を示すのもである。 本発明に係る一実施形態を示すねじ締めロボットの全体を示す概略説明図である。

以下、本発明に係るねじ締めロボットの一実施形態について、図１ないし図４に基づき説明する。本発明のねじ締めロボット１は、ワークへ螺入するねじに係合可能なビットＢを備えこのビットＢへ回転を付与可能なねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０を前記ビットＢの延びる方向へ往復移動自在に支持した往復移動手段１１と、この往復移動手段１１を所定角度旋回駆動可能な旋回手段６と、この旋回手段６を水平移動自在に支持した水平移動手段５と、前記往復移動手段１１、旋回手段６、水平移動手段５をそれぞれ制御可能な制御装置２０とから構成される。

前記ねじ締めツール１０は、前記ビットＢに連結され回転駆動可能なビット回転モータＢＭと、前記ねじおよび前記ビットＢを内包可能かつビットＢに沿って摺動可能に配されたスクリューガイドＳＧと、このスクリューガイドＳＧを常時はガイドしかつ前記ねじを一時的に保持可能なチャックユニット１２とから構成される。

また、ねじ締めツール１０は、多数貯留したねじを１本ずつエア圧送によって給送可能なねじ供給機３０に配管接続されており、この配管が図４に示すような前記ねじを挿通可能なねじ送りホース３１となっている。さらに、ねじ締めツール１０は、前記スクリューガイドＳＧの先端からエアを吸引するエア吸引手段１８に接続されており、前記チャックユニット１２に保持した前記ねじをスクリューガイドＳＧ内へ吸着可能に構成される。

前記スクリューガイドＳＧは、前記ビット回転モータＢＭに連結したビットＢに対して相対移動可能に構成されており、前記ビットＢの先端よりも突出する方向へ常時付勢されている。

前記往復移動手段１１は、前記ビットＢに対して平行に配置されたボールねじ軸ＢＳと、このボールねじ軸ＢＳを回転自在に接続したＡＣサーボモータＺＭと、前記ボールねじ軸ＢＳに螺合しボールねじ軸ＢＳの延びる方向に沿って可動可能な可動ナットＮと、この可動ナットＮを回転自在に支持するとともにこれに固定した前記ビット回転モータＢＭをボールねじ軸ＢＳと平行に移動自在な可動板１１ａとを備え、その一端に前記チャックユニット１２を配置して成る。これにより、前記ビットＢは、前記ＡＣサーボモータＺＭの回転駆動によってその延びる方向へ直線的に移動可能である。

前記チャックユニット１２は、その先端に対向にかつ揺動自在な一対のチャック爪１２ａ，１２ｂと、前記ねじ送りホース３１の一端に接続されたホース接手１２ｃとを備える。前記チャック爪１２ａ，１２ｂは、常時は図１、図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ）、図４に示すようにその先端を閉じて成る一方、図３（ｂ）のようにスクリューガイドＳＧの通過時には互いに離反する方向へ揺動するよう構成されている。前記ホース接手１２ｃは、前記ねじ送りホース３１内を通過したねじを挿通可能に構成され、閉じた状態のチャック爪１２ａ，１２ｂへ前記ねじを案内可能に構成されている。

前記旋回手段６は、前記往復移動手段１１を取り付けた旋回自在に配された旋回板８と、この旋回板８を所定角度旋回駆動可能な旋回モータθＭとを備えて成り、前記旋回モータθＭは、前記水平移動手段５に取り付けられた移載板４ａに固定配置されている。これにより、ねじ締めツール１０および往復移動手段１１は、旋回モータθＭを中心にし一体に旋回し、図２（ａ），（ｂ）に示すように垂直姿勢から傾斜姿勢などへ姿勢変更可能である。

前記水平移動手段５は、前記移載板４ａを取り付け当該移載板４ａを直動可能なＹ軸４と、このＹ軸４の一端を固定し前記Ｙ軸４に対して直交する方向に可動可能なＬ板３ａを備えたＸ軸３とから構成される。この水平移動手段５は、前述のように直交する方向へそれぞれ移動可能であることから直交移動手段として構成されており、前記Ｘ軸３およびＹ軸４には、上述した往復移動手段１１と同様のＡＣサーボモータ、ボールねじ軸、可動ナットがそれぞれ配されている。

前記制御装置２０は、水平移動手段５および往復移動手段１１の各ＡＣサーボモータ、前記旋回モータθＭ、前記ビット回転モータＢＭへそれぞれ回転駆動指令を発するよう構成されている。また、この制御装置２０は、前記ねじ供給装置３０へねじ送り指令を送信しねじ締めツール１０へねじを圧送するよう制御するとともに、前記エア吸引手段１８を作動制御可能に構成されている。さらに、制御手段２０は、前記回転駆動指令を発するタイミングや各モータの回転角度などの回転指令値を入力可能なペンダント２１を接続しており、作業者がペンダント２１を用いてねじ締め作業に必要となる各条件を予め設定可能に構成されている。

このように構成されたねじ締めロボット１の作用を以下に説明する。図示しない作業者によってペンダント２１に表示されているスタートボタンが押されると、制御手段２０は、ねじ供給機３０へ供給されている圧縮エアを前記ねじ送りホース３１へ排出するようねじ供給機３０へねじ送り信号を発する。これにより、ねじ供給機３０内で留まっていた圧縮エアは、ねじ送りホース３１内へ流れ込むので、予めねじ送りホース３１内に供給されていた１本のねじは、ホース接手１２ｃを通過してチャックユニット１２内へ到達する。

また、制御装置２０は、ねじ送り信号の発信と同時に水平移動手段５の各ＡＣサーボモータへそれぞれ回転駆動指令を発信するので、当該水平移動手段５に取り付けられた前記ねじ締めツール１０、往復移動手段１１、旋回手段６は、何れも一体に水平移動し所定位置へ移動する。このように水平移動手段５の各ＡＣサーボモータが所定の角度回転して所定位置へ水平移動すると各ＡＣサーボモータからそれぞれ回転完了信号が制御装置２０へ送信される。これにより、制御装置２０は、水平移動完了フラグを立てるとともに、前記旋回手段６へ旋回駆動指令を発信して旋回モータＺＭを予め設定されている設定角度旋回させる。これにより、ねじ締めツール１０および往復移動手段１１は、旋回モータＺＭの回転軸を中心にして一体に旋回するので、図２（ａ）に示す垂直姿勢から図２（ｂ）に示す傾斜姿勢へ変えるなど前記設定角度に応じた姿勢を可能にする。

次に、制御装置２０は、前記ビット回転モータＢＭおよび前記往復移動手段１１のＡＣサーボモータＺＭへそれぞれ回転駆動指令を送るとともに、前記吸引手段１８へ作動指令を送る。これにより、前記ビットＢは、所定の締付けトルクに達するまで回転し続けて前記スクリューガイドＳＧとともに図３（ｂ）に示すよう下方から上方へ向かってチャック爪１２ａ，１２ｂを開く。また、ビットＢを内包しつつともに上方へ移動するスクリューガイドＳＧは、前記吸引手段１８の作動によってその先端からエアを吸引し続けられるのでその内部は負圧状態となっている。したがって、前記チャックユニット１２に保持されていたねじは、チャック爪１２ａ，１２ｂを開く直前に上方へ移動するスクリューガイドＳＧ内へ吸引され、図３（ｂ）に示すようにワーク（図示せず）の締結面に当接しこの高さ位置に留まり、相対移動するビットＢの先端に係合する。このように、回転するビットＢに係合したねじは、前記ＡＣサーボモータＺＭの設定回転トルクやボールねじ軸ＢＳのリード角などによって決定される推力を発揮しており、適正な推力によってワークへ螺入される。

やがて、当該ねじが所定の締付けトルクに達すると、前記ビット回転モータＢＭおよびＡＣサーボモータＺＭが何れも回転停止する。これを受け制御装置２０は、前記ねじ供給機３０から排出され続けていた圧縮エアを遮断するようねじ供給機３０を制御するとともに前記吸引手段１８へ停止指令を送る。加えて、制御装置２０は、前記ＡＣサーボモータＺＭを先ほどとは逆方向へ回転指令を送り、チャックユニット１２から突出させたビットＢおよびスクリューガイドＳＧを図３（ａ）に示すように元の位置へ復帰させる。

このように、ワークに螺入されるねじに付与される推力は、前記往復移動手段１１の駆動源であるＡＣサーボモータＺＭを１つ制御することで可変できるので、本発明のねじ締めロボット１は、従来のように複数の旋回軸を補間制御するという複雑な制御を必要としない。しかも、本発明のねじ締めロボット１は、前記旋回手段６を旋回駆動制御できるため、ねじ締めツール１０のビットＢを傾斜させることができ、ワークに設けられた複数のねじ締め箇所が放射状に複数配置されるようなアーチ状にワークへのねじ締めも実現できる。

なお、本実施形態におけるねじ締めツール１０は、図３（ａ），（ｂ）などに示すようにビットＢを下方から上方へ突き出す所謂下締めの形態であるが、これに限定されるものでは無く、ビットＢを上方から下方へ突き出すような形態などであっても同様の効果を奏する。また、本実施形態におけるねじ締めツール１０は、前記チャックユニット１２を備え、前記ねじ供給機３０からねじを受け取る構成としているが、ねじ供給機３０によって分離されたねじを直接スクリューガイドＳＧ内に吸引保持するようなねじ取出し供給とする形態であってもよい。さらに、本実施形態における水平移動手段５は、上述したように直交移動手段としているがこれに限定されるものでは無く、前記ねじ締めツール１０、往復移動手段５、旋回手段６を一体に水平移動可能に構成されていればよく、具体的には少なくとも１本のアームと、このアームを水平方向へ所定角度旋回可能な旋回軸とから成る形態であってもよい。

１ … ねじ締めロボット
３ … Ｘ軸
４ … Ｙ軸
５ … 水平移動手段
６ … 旋回手段
８ … 旋回板
１０ … ねじ締めツール
１１ … 往復移動手段
１２ … チャックユニット
２０ … 制御装置
３０ … ねじ供給機
Ｂ … ビット
Ｎ … 可動ナット
ＢＳ … ボールねじ軸
ＢＭ … ビット回転モータ
ＺＭ … ＡＣサーボモータ
θＭ … 旋回モータ
ＳＧ … スクリューガイド

Claims (3)

1. ねじに係合するビットを回転駆動可能に備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを前記ビットの延びる方向へ直線的に往復移動自在に支持した往復移動手段と、この往復移動手段および前記ねじ締めツールを旋回して姿勢変更する旋回手段と、この旋回手段を取り付け水平方向へ移載可能な水平移動手段と、前記往復移動手段および旋回手段ならびに水平移動手段へ駆動指令を送りねじ締めツールを所定の位置へ移載制御する制御装置とから構成したことを特徴とするねじ締めロボット。
2. 前記水平移動手段は、水平面と平行に配され直交方向へそれぞれ往復直動可能なＸ軸およびＹ軸から成る直交移動手段であることを特徴とする請求項１に記載のねじ締めロボット。
3. 前記往復移動手段は、ＡＣサーボモータに接続されたボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合した可動ナットと、この可動ナットを回転自在に支持し当該可動ナットとともにボールねじ軸に沿って移動可能な可動板とから構成され、
   前記可動板は、前記ボールねじ軸の延びる方向と平行になるように前記ねじ締めツールを固定して成り、
   前記制御装置は、ワークへ螺合させるねじへ予め設定した設定推力を付与するために当該往復移動手段のＡＣサーボモータを駆動制御して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のねじ締めロボット。

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