JP2021024054A - 締結装置、及びそれを備えるロボット - Google Patents

Abstract

【課題】締結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能な、締結装置を提供する。【解決手段】本発明に係る締結装置は、駆動軸の回転駆動力により回転させることで、締結位置に締結部材を締結するための締結装置であって、ラックアンドピニオン機構と、ラックアンドピニオン機構を介して駆動軸に取り付けられ、その先端に締結部材と結合する結合部を有する回転軸と、を備え、ラックアンドピニオン機構は、基部と、基部に移動可能に取り付けられたラックと、基部に回転可能に設けられ、ラックと噛み合うピニオンと、ラックを移動方向における一方に付勢する付勢機構と、ラックが基部の所定位置から移動したことを検出するためのセンサと、を有し、基部とピニオンのうちの一方が駆動軸に固定され、基部とピニオンのうちの他方が回転軸に固定されることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、締結装置、及びそれを備えるロボットに関する。

従来から、駆動軸の回転駆動力により回転させることで、締結位置に締結部材を締結するための締結装置が知られている。このような締結装置が、例えば、特許文献１のネジ検査装置で提案されている。

特許文献１のネジ検査装置は、通りネジゲージが雌ネジ内を進んでいき、指定した回転量に到達する前に所定値を越えるような異常なトルクが発生した場合には不良品であると判定し、異常なトルクが発生することなく指定した回転量に到達した場合には良品であると判定する。

特開平１０−１３８０５８号公報

しかし、特許文献１で提案されているような従来からある締結装置は、結部材によって締結位置を傷めてしまう虞があった。

そこで、本発明は、締結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能な、締結装置、及びそれを備えるロボットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る締結装置は、駆動軸の回転駆動力により回転させることで、締結位置に締結部材を締結するための締結装置であって、ラックアンドピニオン機構と、前記ラックアンドピニオン機構を介して前記駆動軸に取り付けられ、その先端に前記締結部材と結合する結合部を有する回転軸と、を備え、前記ラックアンドピニオン機構は、基部と、前記基部に移動可能に取り付けられたラックと、前記基部に回転可能に設けられ、前記ラックと噛み合うピニオンと、前記ラックを移動方向における一方に付勢する付勢機構と、前記ラックが前記基部の所定位置から移動したことを検出するためのセンサと、を有し、前記基部と前記ピニオンのうちの一方が前記駆動軸に固定され、前記基部と前記ピニオンのうちの他方が前記回転軸に固定されることを特徴とする。

駆動軸の回転駆動力により前記回転軸周りに働くトルクを第１トルクとする。また、付勢機構の付勢力により前記回転軸周りに働くトルクを第２トルクとする。第１トルクとは反対向きで第１トルクよりも小さい第２トルクが前記回転軸周りに働くように、前記駆動軸を回転駆動させることで、少なくとも基部、ラック、ピニオン、及び回転軸が、前記駆動軸と一体的に回転する。このような状態で、第２トルクよりも大きい第３トルクが締結部材を介して前記回転軸周りに働くと、付勢機構の付勢力に抗って、ラックがピニオン周りに当該ピニオンと相対的に回転しつつ移動する。これにより、第３トルクが前記回転軸周りに働いたあとに、前記駆動軸が所定の時間だけ回転し続けたとしても、その回転がラックの移動により吸収されるので、前記回転軸及び締結部材に伝わらない。その結果、本実施形態に係る締結装置は、結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

本発明によれば、締結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能な、締結装置、及びそれを備えるロボットを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る締結装置を備えるロボットの全体構成を示す概略的な正面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置を備えるロボットの制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る締結装置を示す概略図であり、（Ａ）が、締結装置が締結部材を保持していない状態の図、（Ｂ）が、締結装置が締結部材を保持している状態の図である。 本発明の実施形態に係る締結装置が備えるラックアンドピニオン機構の断面図であり、（Ａ）が高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るロボットがワークにボルト穴を穿設する様子を示す概略的な断面図であり、（Ａ）がボルトを形成する直前の断面図、（Ｂ）がボルトを形成している際中の断面図、（Ｃ）がボルトを形成し終わった直後の断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置がボルト穴の診断を行っているとき、ラックが所定位置に位置している状態を示す概略的な断面図であり、（Ａ）が締結装置及びその周辺部分の高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置がボルト穴の診断を行っているとき、ラックが所定位置から移動した状態を示す概略的な断面図であり、（Ａ）が締結装置及びその周辺部分の高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第１変形例がボルト穴にボルトを締結する様子を示す高さ方向に沿った概略的な断面図であり、（Ａ）がボルトを締結している際中の断面図、（Ｂ）がボルトを締結し終わった直後の断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第２変形例が雄螺子部材にナットを締結する様子を示す高さ方向に沿った概略的な断面図であり、（Ａ）がナットを締結している際中の断面図、（Ｂ）がナットを締結し終わった直後の断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第３変形例を示す高さ方向に沿った概略的な断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第４変形例を示す高さ方向に沿った概略的な断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第５変形例が備えるラックアンドピニオン機構の幅方向に沿った概略的な断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第６変形例が備えるラックアンドピニオン機構の幅方向に沿った概略的な断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第７変形例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る締結装置の第７変形例を備えるロボットの制御系を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る締結装置、及びそれを備えるロボットについて、添付図面に基づき説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（ロボット１０）
図１は、本実施形態に係る締結装置を備えるロボットの全体構成を示す概略的な正面図である。図１に示すように、本実施形態に係る締結装置３０Ａ、及びそれを備えるロボット１０は、ワークＷが載置された載置台Ｓに隣接して配置される。そして、本実施形態に係る締結装置３０Ａ、及びそれを備えるロボット１０は、ワークＷにボルト穴Ｈを穿設し、穿設したボルト穴Ｈが良好か不良かを検出するために用いられる。

本実施形態に係るロボット１０は、基台１２と、当該基台１２に支持された第１ロボットアーム２０ａ及び第２ロボットアーム２０ｂ（以下、「一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂ」と称することがある）と、を備える。また、ロボット１０は、第１ロボットアーム２０ａの先端に取り付けられる締結装置３０Ａと、第２ロボットアーム２０ｂの先端に取り付けられる穿設装置８８と、をさらに備える。そして、ロボット１０は、第１ロボットアーム２０ａ、第２ロボットアーム２０ｂ、及び締結装置３０Ａの動作を制御するためのロボット制御装置９０をさらに備える（図２参照）。

（一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂ）
一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、基台１２に支持される。一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることが可能である。なお、第２ロボットアーム２０ｂは、第１ロボットアーム２０ａと同様の構成を有する。したがって、ここでは第１ロボットアーム２０ａについてのみ説明し、第２ロボットアーム２０ｂの同様となる説明は繰り返さない。

第１ロボットアーム２０ａは、関節軸ＪＴ１〜ＪＴ４を有する。そして、第１ロボットアーム２０ａには、関節軸ＪＴ１〜ＪＴ４に対応付けられるように、回転駆動用のサーボモータ９６ａ〜９６ｄ（第１サーボモータ）が設けられる。第１ロボットアーム２０ａは、第１リンク２２、第２リンク２４、及びリスト２６を有する。

第１リンク２２は、基台１２の上面に固定される基軸１４と回転式の関節軸ＪＴ１により連結されることで、基軸１４の軸心を通るように規定された鉛直方向に延びる軸線まわりに回動可能である。基軸１４に対する第１リンク２２の回転動作は、サーボモータ９６ａ（図２参照）によって行われる。

第２リンク２４は、第１リンク２２の先端と回転式の関節軸ＪＴ２により連結されることで、第１リンク２２の先端に規定された鉛直方向に延びる軸線まわりに回動可能である。第１リンク２２に対する第２リンク２４の回転動作は、サーボモータ９６ｂ（同前）によって行われる。

リスト２６は、第２リンク２４の先端と直動式の関節軸ＪＴ３を介して連結される。リスト２６は、直動式の関節軸ＪＴ３によって、第２リンク２４に対して昇降移動可能である。第２リンク２４に対するリスト２６の昇降動作は、サーボモータ９６ｃ（図２参照）によって行われる。

リスト２６は、その先端にメカニカルインターフェイス２８を有する。当該メカニカルインターフェイス２８には、締結装置３０Ａが取り付けられる。メカニカルインターフェイス２８は、回転式の関節軸ＪＴ４によって、リスト２６に対して鉛直方向に延びる軸線まわりに回動可能である。リスト２６に対するメカニカルインターフェイス２８の回転動作は、サーボモータ９６ｄ（同前）によって行われる。

第１ロボットアーム２０ａの第１リンク２２の基端側の軸線と、第２ロボットアーム２０ｂの第１リンク２２の基端側の軸線とは同一直線上に位置する。また、第１ロボットアーム２０ａの第１リンク２２とロボットアーム２０ｂの第１リンク２２とは高低差を設けて配置される。なお、第２ロボットアーム２０ｂについて、基軸１４に対する第１リンク２２の回転動作は、サーボモータ９６ｅ（第１サーボモータ。図２参照）によって行われ、第１リンク２２に対する第２リンク２４の回転動作は、サーボモータ９６ｆ（同前）によって行われる。さらに、第２ロボットアーム２０ｂについて、第２リンク２４に対するリスト２６の昇降動作は、サーボモータ９６ｇ（同前）によって行われ、リスト２６に対するメカニカルインターフェイス２８の回転動作は、サーボモータ９６ｈ（同前）によって行われる。換言すれば、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４（駆動軸、手首軸）の回転動作は、サーボモータ９６ｈによって行われる。

（ロボット制御装置９０）
図２は、本実施形態に係る締結装置を備えるロボットの制御系を示すブロック図である。図２に示すように、ロボット制御装置９０は、プログラムを格納するためのメモリ９２と、当該メモリ９２に格納されたプログラムを実行するためのプロセッサ９４と、を有する。プロセッサ９４は、一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂのサーボモータ９６ａ〜９６ｈ、後述するサーボモータ９８、第１ラック４０ａのための検出部６４、及び、第２ラック４０ｂのための検出部６４それぞれに対して接続される。なお、図２では、見た目の煩雑さを避けるため、第１ラック４０ａのための検出部６４についてのみ図示し、第２ラック４０ｂのための検出部６４についてはその図示を省略してある。

ロボット制御装置９０は、サーボモータ９６ａ〜９６ｈによって、一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂの動作をサーボ制御することができる。また、ロボット制御装置９０は、サーボモータ９６ｈによって、締結装置３０Ａの動作をサーボ制御することができる。

（締結装置３０Ａ）
図３は、本実施形態に係る締結装置を示す概略図であり、（Ａ）が、締結装置が締結部材を保持していない状態の図、（Ｂ）が、締結装置が締結部材を保持している状態の図である。図３に示すように、メカニカルインターフェイス２８にロータリジョイント１００の基端が取り付けられ、ロータリジョイント１００の先端にツールチェンジャ１０２の基端が取り付けられる。そして、本実施形態に係る締結装置３０Ａは、ツールチェンジャ１０２の先端に着脱可能に取り付けられる。

締結装置３０Ａは、ラックアンドピニオン機構３２と、ラックアンドピニオン機構３２を介して関節軸ＪＴ４に同軸状に取り付けられる回転軸８０と、ゲージＧ（締結部材）を保持するために、回転軸８０の先端に設けられる保持機構８２（結合部）と、を備える。本実施形態では、ラックアンドピニオン機構３２として、ロータリアクチュエータが用いられている。

（回転軸８０及び保持機構８２）
回転軸８０は、その基端部分がラックアンドピニオン機構３２の後述するピニオン５０に固定される。回転軸８０の先端に設けられる保持機構８２は、円筒状の保持機構本体８３と、保持機構本体８３に取り付けられる一対の第１部材８４ａ、８４ｂと、を有する。保持機構８２は、一対の第１部材８４ａ、８４ｂでゲージＧの基端部分を挟んで保持することで、当該ゲージＧと結合可能である。

第１部材８４ａは、その基端部分が保持機構本体８３内に設けられる第１保持用ラック（図示せず）に固定され、その先端部分が保持機構本体８３の先端側から突出する。第１部材８４ｂは、その基端部分が保持機構本体８３内に設けられる第２用保持ラック（同前）に固定され、その先端部分が保持機構本体８３の先端側から突出して第１部材８４ａと平行に延びる。

保持機構本体８３内には、保持用ピニオン（図示せず）が設けられる。保持用ピニオンの径方向の一方側の部分（ここでは、図３における高さ方向のいずれか一方側の部分）には、上記第１保持用ラックが噛み合わされる。また、保持用ピニオンの径方向の他方側の部分（ここでは、図３における高さ方向のいずれか他方側の部分）には、上記第２保持用ラックが噛み合わされる。

そして、保持用ピニオンが回転することで、第１及び第２保持用ラックが保持機構本体８３内を互いに反対側へと移動し、一対の第１部材８４ａ、８４ｂの間隔を変更するように構成される。保持用ピニオンの回転動作は、サーボモータ９８（図２参照）によって行われる。上記のように、保持機構８２は、一対の第１部材８４ａ、８４ｂの間隔を変更することで、一対の第１部材８４ａ、８４ｂでゲージＧの基端部分を挟んで保持することが可能である。

（ラックアンドピニオン機構３２）
図４は、本実施形態に係る締結装置が備えるラックアンドピニオン機構の断面図であり、（Ａ）が高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である。図４に示すように、ラックアンドピニオン機構３２は、その外形が直方体状であるハウジング３４（基部）と、ハウジング３４内に移動可能に取り付けられた第１ラック４０ａ（ラック）及び第２ラック４０ｂと、後述する天板３６ａからハウジング３４内の中央を高さ方向に延びるピニオン５０と、を備える。

ハウジング３４は、ロータリジョイント１００及びツールチェンジャ１０２を介して第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４に固定される。すなわち、ハウジング３４、ロータリジョイント１００及びツールチェンジャ１０２は、関節軸ＪＴ４と一体的に回転する。

ハウジング３４は、ツールチェンジャ１０２に当接する天板３６ａと、天板３６ａの奥行き方向の一端縁（換言すれば、天板３６ａの前端縁）から垂下される前板３６ｂと、天板３６ａの奥行き方向の他端縁（換言すれば、天板３６ａの後ろ端縁）から垂下される背板３６ｃと、を有する。また、ハウジング３４は、天板３６ａの幅方向の一端縁（換言すれば、天板３６ａの左端縁）から垂下される左側板３６ｄと、天板３６ａの幅方向の他端縁（換言すれば、天板３６ａの右端縁）から垂下される右側板３６ｅと、天板３６ａ、前板３６ｂ、背板３６ｃ、左側板３６ｄ、及び右側板３６ｅで形成される箱体の底面の開口に蓋をするように設けられる底板３６ｆと、を有する。

図４（Ｂ）に示すように、ハウジング３４は、天板３６ａの奥行き方向の中央から垂下され、左側板３６ｄからピニオン５０の手前まで幅方向に延びる第１仕切り板３７ａと、右側板３６ｅからピニオン５０の手前まで幅方向に延びる第２仕切り板３７ｂと、をさらに有する。ハウジング３４の内部空間は、第１仕切り板３７ａ、及び第２仕切り板３７ｂによって、奥行き方向の一方側（換言すれば、ハウジング３４の前板３６ｂ側）の第１空間３８ａと、奥行き方向の他方側（換言すれば、ハウジング３４の背板３６ｃ側）の第２空間３８ｂと、に仕切られる。

ピニオン５０は、第１仕切り板３７ａと第２仕切り板３７ｂの間を高さ方向に延び、第１ラック４０ａ及び第２ラック４０ｂと噛み合う。ピニオン５０は、その先端部分（図４（Ａ）において下端部分）がベアリング５９を介してハウジング３４の底板３６ｆに取り付けられる。ラックアンドピニオン機構３２は、ピニオン５０の先端部分と一体的に形成され、ピニオン５０よりも大きい直径寸法を有するテーブル５２をさらに有する。ピニオン５０及びテーブル５２には、回転軸８０固定するための軸孔５４が穿設される。

第１ラック４０ａは、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転しつつ、ハウジング３４の第１空間３８ａ内を幅方向に移動可能である。また、第２ラック４０ｂは、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転しつつ、ハウジング３４の第２空間３８ｂ内を幅方向に移動可能である。第１ラック４０ａ及び第２ラック４０ｂは、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転することで、幅方向において互いに反対側へと移動するように構成される。

ラックアンドピニオン機構３２は、第１ラック４０ａが第１空間３８ａの所定位置から移動したことを検出するための第１センサ６０ａ（センサ）をさらに有する。第１センサ６０ａは、第１ラック４０ａに固定される磁石６２と、磁石６２が移動したことを検出するための検出部６４と、を有する。この検出部６４は、ハウジング３４に固定され、ロボット制御装置９０のプロセッサ９４に接続される。

ラックアンドピニオン機構３２は、第２ラック４０ｂが第２空間３８ｂの所定位置から移動したことを検出するための第２センサ６０ｂ（センサ）をさらに有する。第２センサ６０ｂは、第２ラック４０ｂに固定される磁石６２と、磁石６２が移動したことを検出するための検出部６４と、を有する。この検出部６４は、ロボット制御装置９０のプロセッサ９４に接続される。

ラックアンドピニオン機構３２は、付勢機構７０をさらに有する。付勢機構７０は、ハウジング３４をシリンダとし、第１ラック４０ａをピストンとするエアシリンダとして構成される。付勢機構７０は、外部に設けられるエア供給源（図示せず）からロータリジョイント１００及び右側板３６ｅに穿設された貫通孔３９を介して、第１空間３８ａ内にエアを入力することで、第１ラック４０ａを第１空間３８ａ内の左側板３６ｄから右側板３６ｅに向かう方向（移動方向における一方）へと付勢する。

（ロボット１０の作業態様の一例）
図５〜７に基づき、ロボット１０の作業態様の一例について説明する。図５は、本実施形態に係るロボットがワークにボルト穴を穿設する様子を示す概略的な断面図であり、（Ａ）がボルトを形成する直前の断面図、（Ｂ）がボルトを形成している際中の断面図、（Ｃ）がボルトを形成し終わった直後の断面図である。

最初に、図５に示すように、ロボット１０は、穿設装置８８によってワークＷにボルト穴Ｈを穿設する。具体的には、まず、図５（Ａ）に示すように、ロボット１０は、一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂの姿勢を変更して、ワークＷのうちのボルト穴Ｈを穿設したい部分の上方に穿設装置８８を位置させる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、ロボット１０は、第１ロボットアーム２０ａのメカニカルインターフェイス２８を関節軸ＪＴ４によって回転させながら、第１ロボットアーム２０ａのリスト２６を関節軸ＪＴ３によって下降させ、ワークＷにボルト穴Ｈを穿設する。そして、図５（Ｃ）に示すように、第１ロボットアーム２０ａの先端を関節軸ＪＴ３によって上昇させる。

次に、ロボット１０は、保持機構８２でゲージＧを保持した状態とする。さらに、ロボット１０は、ハウジング３４の第１空間３８ａ内に貫通孔３９から所定圧力のエアを入力し続けることで、第１ラック４０ａが第１空間２８ａ内の所定位置（第１空間２８ａ内の左側板３６ｄに当接する位置）に移動した状態とする。これにより、ピニオン５０が回転し、第２ラック４０ｂが第２空間３８ｂ内の右側板３６ｅに当接する位置まで移動した状態となる。

図６は、本実施形態に係る締結装置がボルト穴の診断を行っているとき、ラックが所定位置に位置している状態を示す概略的な断面図であり、（Ａ）が締結装置及びその周辺部分の高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。なお、図６（Ａ）では、見た目の煩雑さを避けるため、ラックアンドピニオン機構３２の内部構造を一部省略して示してある。後述する図７（Ａ）、図８〜１０についても同様である。

そして、図６（Ａ）に示すように、ロボット１０は、一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂの姿勢を変更して、ボルト穴Ｈの上方にゲージＧを位置させ、第２ロボットアーム２０ｂのメカニカルインターフェイス２８を関節軸ＪＴ４によって回転させながら、第２ロボットアーム２０ｂのリスト２６を関節軸ＪＴ３によって下降させ、ボルト穴ＨにゲージＧを締結していく。

このとき、関節軸ＪＴ４の回転駆動力により回転軸８０周りに働くトルクを第１トルクとする。また、前記所定圧力のエアの付勢力により回転軸８０周りに働くトルクを第２トルクとする。第１トルクとは反対向きで第１トルクよりも小さい第２トルクが回転軸８０周りに働くように、前記所定圧力のエアを調整し、関節軸ＪＴ４を回転駆動させることで、締結装置３０Ａが備える構成の全てが、当該関節軸ＪＴ４と一体的に回転する。このような状態で、ボルト穴ＨにゲージＧを締結していく。

図７は、本実施形態に係る締結装置がボルト穴の診断を行っているとき、ラックが所定位置から移動した状態を示す概略的な断面図であり、（Ａ）が締結装置及びその周辺部分の高さ方向に沿った断面図、（Ｂ）が（Ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った断面図である。

図７（Ａ）に示すように、ボルト穴Ｈの底にゲージＧの先端が到達すると、ゲージＧ、保持機構８２、回転軸８０、及びピニオン５０が、回転できなくなり停止する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、第２トルクよりも大きい第３トルクがゲージＧを介して回転軸８０周りに働くと、前記所定圧力のエアの付勢力に抗って、第１ラック４０ａがピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転しつつ移動する。

具体的には、第１ラック４０ａが、前記所定圧力のエアに抗いながら、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転し、第１空間２８ａ内の所定位置（第１空間２８ａ内の右側板３６ｅに当接する位置）から第１空間２８ａ内の左側板３６ｄに当接する位置まで移動する。

また、図７（Ｂ）に示すように、第２ラック４０ｂは、上記のように第１ラック４０ａが移動することに伴い、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転し、第２空間３８ｂ内の左側板３６ｄに当接する位置から右側板３６ｅに当接する位置まで移動する。

上記のように第１ラック４０ａが移動し始めたときに、第１センサ６０ａの検出部６４がその移動を検出し、その検出結果をロボット制御装置９０に送信する。ロボット制御装置９０は、第１検出部６４からの検出結果に基づき、第１ラック４０ａが第１空間３８ａの所定位置から移動したことを検知すると、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４の回転を停止するための制御を開始する。

（効果）
ここで、第１センサ６０ａの検出部６４が第１ラック４０ａの移動を検出してから、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４の回転が実際に停止するまで、所定の時間を要する。したがって、従来からある締結装置は、ボルト穴Ｈの底にゲージＧの先端が到達したあとも、所定の時間だけ、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４が回転し続けてしまう。これにより、従来からある締結装置３０Ａは、ボルト穴Ｈの底に到達したあとも回転し続けるゲージＧによって、ボルト穴Ｈを傷めてしまう虞があった。

一方、本実施形態では、第１センサ６０ａの検出部６４が第１ラック４０ａの移動を検出してから、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４の回転が実際に停止するまで、第１ラック４０ａが、ピニオン５０周りに当該ピニオン５０と相対的に回転し、第１空間２８ａ内の右側板３６ｅに当接する位置から第１空間２８ａ内の左側板３６ｄに当接する位置まで移動する。

これにより、第３トルクが回転軸８０周りに働いたあとに上記所定の時間だけ、ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４が回転し続けたとしても、その回転が第１ラック４０ａ（及び第２ラック４０ｂ）の移動により吸収され、回転軸８０及びゲージＧに伝わらない。その結果、本実施形態に係る締結装置３０Ａは、ゲージＧによってボルト穴Ｈを傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

なお、ロボット制御装置９０は、ゲージＧの先端が所定の深さまで到達したときに（換言すれば、第２ロボットアーム２０ｂのメカニカルインターフェイス２８が所定の深さまで到達したときに）、又は、ゲージＧが所定の回転数だけ回転したときに（換言すれば、前記メカニカルインターフェイス２８が所定の回転数だけ回転したときに）、第１センサ６０ａの検出部６４の検出結果に基づき、第１ラック４０ａが第１空間３８ａの所定位置から移動したことを検知した場合、穿設装置８８で穿設したボルト穴Ｈが良好であると診断する。

一方、ロボット制御装置９０は、ゲージＧの先端が所定の深さまで到達していないときに、又は、ゲージＧが所定の回転数だけ回転していないときに、第１センサ６０ａの検出部６４の検出結果に基づき、第１ラック４０ａが第１空間３８ａの所定位置から移動したことを検知した場合、穿設装置８８で穿設したボルト穴Ｈが不良であると診断する。

本実施形態では、付勢機構７０が、ハウジング３４をシリンダとし、第１ラック４０ａをピストンとするエアシリンダとして構成されるので、簡単な構造で、第１ラック４０ａを第１空間３８ａ内の所定位置まで付勢することが可能となる。

本実施形態では、一対の第１部材８４ａ、８４ｂでゲージＧを挟んで保持するので、簡単な構造で、ゲージＧと結合することが可能となる。また、簡単な構造で、ゲージＧ以外の多様な締結部材と結合することが可能となる。

本実施形態では、第１ラック４０ａに固定される磁石６２が移動したことを検出することで、第１ラック４０ａが第１空間３８ａ内の所定位置から移動したことを検出することが可能となる。したがって、簡単な構造で、第１ラック４０ａが所定位置から移動したことを検出することができる。

本実施形態に係るロボット１０は、上記締結装置３０Ａを備えるので、ゲージＧによってボルト穴Ｈを傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

（変形例）
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

（第１変形例）
図８は、上記実施形態に係る締結装置の第１変形例がボルト穴にボルトを締結する様子を示す高さ方向に沿った概略的な断面図であり、（Ａ）がボルトを締結している際中の断面図、（Ｂ）がボルトを締結し終わった直後の断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｂ及びそれを備えるロボット１０は、保持機構８２でボルトＢ（締結部材）を保持すること、及びそのように保持したボルトＢをボルト穴Ｈ´に締結することを除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図８に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｂは、保持機構８２の一対の第１部材８４ａ、８４ｂでボルトＢの頭部を挟んで保持することで、ボルトＢと結合可能である。さらに、本変形例に係る締結装置３０Ｂは、上記実施形態に係る締結装置３０Ａがボルト穴ＨにゲージＧを締結した場合と同様に、ボルト穴Ｈ´（締結位置）にボルトＢを締結することが可能である。そして、本変形例に係る締結装置３０Ｂは、上記実施形態に係る締結装置３０Ａと同じ態様で、ボルトＢによってボルト穴Ｈ´を傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

（第２変形例）
図９は、上記実施形態に係る締結装置の第２変形例が雄螺子部材にナットを締結する様子を示す高さ方向に沿った概略的な断面図であり、（Ａ）がナットを締結している際中の断面図、（Ｂ）がナットを締結し終わった直後の断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｃ及びそれを備えるロボット１０は、保持機構８２´でナットＮ（締結部材）を保持すること、そのように保持したナットＮを雄螺子部材Ｍに締結すること、及び一対の第１部材８４ａ´、８４ｂ´が上記実施形態に係る締結装置３０Ａの一対の第１部材８４ａ、８４ｂと比較して長いことを除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図９に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｃは、ナットＮの軸孔が高さ方向に延びるように、保持機構８２´の一対の第１部材８４ａ´、８４ｂ´でナットＮを挟んで保持することで、ナットＮと結合可能である。さらに、本変形例に係る締結装置３０Ｃは、上記実施形態に係る締結装置３０Ａがボルト穴ＨにゲージＧを締結した場合と同様に、雄螺子部材Ｍ（締結位置）にナットＮを締結することが可能である。そして、本変形例に係る締結装置３０Ｃは、上記実施形態に係る締結装置３０Ａと同じ態様で、ナットＮによって雄螺子部材Ｍを傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

（第３変形例）
図１０は、上記実施形態に係る締結装置の第３変形例を示す高さ方向に沿った概略的な断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｄ及びそれを備えるロボット１０は、保持機構８２の構造を除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図１０に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｄの保持機構８２´´（結合部）は、保持機構本体８３の底面に形成される凹部８５にゲージＧ´（締結部材）の基端部分を嵌合させることで、ゲージＧと結合可能である。締結装置３０Ｄは、このような態様で保持したゲージＧをボルト穴Ｈに締結してもよい。

（第４変形例）
図１１は、上記実施形態に係る締結装置の第４変形例を示す高さ方向に沿った概略的な断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｅ及びそれを備えるロボット１０は、保持機構８２を備えないことを除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図１１に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｅのピニオン５０は、テーブル５２を介してゲージＧ´´（締結部材）と一体的に形成される。本変形例のように、ボルト穴Ｈを診断するために、ボルト穴ＨにゲージＧ´´を締結した後にゲージＧ´´の締結を解くような場合、締結装置３０Ｅがこのような構造であってもよい。このような場合、締結部材と結合する結合部は、テーブル５２である。

（第５変形例）
図１２は、上記実施形態に係る締結装置の第５変形例が備えるラックアンドピニオン機構の幅方向に沿った概略的な断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｆ及びそれを備えるロボット１０は、付勢機構の構造を除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図１２に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｆは、付勢機構としてバネ部材７０´を有するラックアンドピニオン機構３２´を備える。バネ部材７０´は、その一端が左側板３６ｄの内壁に取り付けられ、その他端が第１ラック４０ａの左側板３６ｄと対向する部分に取り付けられることで、第１ラック４０ａを第１空間３８ａ内の左側板３６ｄから右側板３６ｅに向かう方向へと付勢する。締結装置３０Ｆは、このような態様のバネ部材７０´で第１ラック４０ａを所定位置へと付勢する。このような構造のラックアンドピニオン機構３２´であっても、上記実施形態に係る締結装置３０Ａと同様の効果を得ることが可能である。

（第６変形例）
図１３は、上記実施形態に係る締結装置の第５変形例が備えるラックアンドピニオン機構の幅方向に沿った概略的な断面図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｇ及びそれを備えるロボット１０は、ハウジング３４´の構造、並びに第２ラック４０ｂ及び当該第２ラック４０ｂのためのセンサ６０を有しないことを除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

図１３に示すように、本変形例に係る締結装置３０Ｇのラックアンドピニオン機構３２´´は、第２ラック４０ｂ及び当該第２ラック４０ｂのためのセンサ６０を有しない。これに伴い、本変形例では、ハウジング３４´が、第１仕切り板３７ａ、第２仕切り板３７ｂを有さず、これにより、第２ラック４０ｂを配置するための第２空間３８ｂを有しない。このような構造のラックアンドピニオン機構３２´´であっても、上記実施形態に係る締結装置３０Ａと同様の効果を得ることが可能である。

（第７変形例）
図１４は、上記実施形態に係る締結装置の第７変形例を示す概略図である。図１５は、当該第７変形例を備えるロボットの制御系を示すブロック図である。なお、本変形例に係る締結装置３０Ｈ及びそれを備えるロボット１０は、サーボモータ９８が設けられることを除き、上記実施形態に係る締結装置３０Ａ及びそれを備えるロボット１０と同じである。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。

上記実施形態では、締結装置３０Ａの駆動軸が、第２ロボットアーム２０ｂの関節軸ＪＴ４（手首軸）として構成される場合について説明した。一方、本変形例では、締結装置３０Ｈの駆動軸が、締結装置３０Ｈ内に設けられる外部軸８６として構成される。締結装置３０Ｈは、外部軸８６を回転駆動するために当該外部軸８６に設けられるサーボモータ９８（第２サーボモータ）によって、締結装置３０Ｈの動作をサーボ制御する。このような構造の締結装置３０Ｈであっても、上記実施形態に係る締結装置３０Ａと同様の効果を得ることが可能である。

（その他の変形例）
上記実施形態及びその変形例では、締結部材と結合するための締結部が、保持機構８２、８２´、又はテーブル５２として構成される場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、締結部は、例えば、締結部材を吸着することで当該締結部材と結合する吸着機構として構成されてもよいし、その他の態様で締結部材と結合するように構成されてもよい。

上記実施形態及びその変形例では、基部が、ハウジング３４、３４´として構成される場合について説明した。しかしこの場合に限定されず、基部は、例えば、付勢機構がバネ部材として構成されるような場合、第１ラック４０ａ及びピニオン５０を囲繞しない板状部材として構成されてもよい。このような場合、第１ラック４０ａは、前記板状部材状を摺動可能であるように設けられる。

上記実施形態及びその変形例では、センサが磁石６２及び検出部６４を有する構造である場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、センサが、投光器と、当該投光器から投光された光線を受光するための受光器とを有する構造であってもよい。そして、センサは、受光器で受光される光線の遮光状態に基づき、第１ラック４０ａが所定位置から移動したことを検出してもよい。或いは、センサは、第１ラック４０ａが所定位置から移動したことを検出できるのであれば、上記以外の構造を有してもよい。

上記実施形態及びその変形例では、ハウジング３４（基部）が関節軸ＪＴ４（駆動軸）に固定され、ピニオン５０が回転軸８０に固定される場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、ピニオン５０が関節軸ＪＴ４に固定され、ハウジング３４が回転軸８０に固定されてもよい。

上記実施形態及びその変形例では、ロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、その基端の回転軸が同一直線上に位置する場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、ロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、その基端の回転軸が同一直線上に位置しなくてもよい。また、上記実施形態及びその変形例では、一台のロボット１０がロボットアーム２０ａ、２０ｂを備える場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、例えば、第１ロボットがロボットアーム２０ａを備え、前記第１ロボットとは別個に設けられる第２ロボットがロボットアーム２０ｂを備えてもよい。

上記実施形態及びその変形例では、ロボット１０が、図１に示す構造である場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、本発明に係るロボットは、例えば、垂直多関節型ロボットとして構成されてもよいし、水平多関節型ロボットとして構成されてもよい。或いは、本発明に係るロボットは、例えば、極座標型ロボットとして構成されてもよいし、円筒座標型ロボットとして構成されてもよいし、直角座標型ロボットとして構成されてもよいし、又は、その他のロボットとして構成されてもよい。

上記実施形態及びその変形例では、磁石６２が第１ラック４０ａに固定され、第１ラック４０ａとともに磁石６２が移動することで、磁石６２が相対的に移動したことをハウジング３４に固定された検出部６４が検出する場合について説明した。しかし、この場合に限定されず、検出部６４が第１ラック４０ａに固定され、第１ラック４０ａとともに検出部６４が移動することで、ハウジング３４に固定された磁石６２が相対的に移動したことを検出部６４が検出してもよい。

（まとめ）
本発明に係る締結装置は、駆動軸の回転駆動力により回転させることで、締結位置に締結部材を締結するための締結装置であって、ラックアンドピニオン機構と、前記ラックアンドピニオン機構を介して前記駆動軸に取り付けられ、その先端に前記締結部材と結合する結合部を有する回転軸と、を備え、前記ラックアンドピニオン機構は、基部と、前記基部に移動可能に取り付けられたラックと、前記基部に回転可能に設けられ、前記ラックと噛み合うピニオンと、前記ラックを移動方向における一方に付勢する付勢機構と、前記ラックが前記基部の所定位置から移動したことを検出するためのセンサと、を有し、前記基部と前記ピニオンのうちの一方が前記駆動軸に固定され、前記基部と前記ピニオンのうちの他方が前記回転軸に固定されることを特徴とする。

駆動軸の回転駆動力により前記回転軸周りに働くトルクを第１トルクとする。また、付勢機構の付勢力により前記回転軸周りに働くトルクを第２トルクとする。第１トルクとは反対向きで第１トルクよりも小さい第２トルクが前記回転軸周りに働くように、前記駆動軸を回転駆動させることで、少なくとも基部、ラック、ピニオン、及び回転軸が、前記駆動軸と一体的に回転する。このような状態で、第２トルクよりも大きい第３トルクが締結部材を介して前記回転軸周りに働くと、付勢機構の付勢力に抗って、ラックがピニオン周りに当該ピニオンと相対的に回転しつつ移動する。これにより、第３トルクが前記回転軸周りに働いたあとに、前記駆動軸が所定の時間だけ回転し続けたとしても、その回転がラックの移動により吸収されるので、前記回転軸及び締結部材に伝わらない。その結果、本実施形態に係る締結装置は、結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

前記付勢機構は、前記基部をシリンダとし、前記ラックをピストンとするエアシリンダとして構成されてもよい。

上記構成によれば、簡単な構造で、ラックを所定位置まで付勢することが可能となる。

例えば、前記付勢機構は、バネ部材として構成されてもよい。

例えば、前記結合部は、一対の第１部材を有し、前記一対の第１部材で前記締結部材を挟んで保持することで前記締結部材と結合してもよい。

前記センサは、磁石と、前記磁石が相対的に移動したことを検出するための検出部と、を有し、前記磁石及び前記検出部のいずれかが前記ラックに固定されてもよい。

上記構成によれば、簡単な構造で、ラックが所定位置から移動したことを検出することができる。

本発明に係るロボットは、上記いずれかの構成を有する締結装置と、その先端に前記締結装置が設けられ、少なくとも一つの関節軸を有するロボットアームと、前記締結装置及び前記ロボットアームの動作をサーボ制御するためのロボット制御装置と、を備え、前記駆動軸は、前記少なくとも一つの関節軸に含まれる手首軸、又は、前記締結装置内に設けられる外部軸として構成され、前記ロボット制御装置は、前記少なくとも一つの関節軸それぞれを回転駆動するために、前記少なくとも一つの関節軸それぞれに設けられる第１サーボモータによって、前記ロボットアームの動作をサーボ制御し、前記手首軸を回転駆動するために前記手首軸に設けられる前記第１サーボモータによって、又は、前記外部軸を回転駆動するために前記外部軸に設けられる第２サーボモータによって、前記締結装置の動作をサーボ制御することを特徴とする。

上記構成によれば、本発明に係るロボットは、上記構成を有する締結装置を備えるので、結部材によって締結位置を傷めてしまう虞を抑制することが可能となる。

１０ ロボット
１２ 基台
１４ 基軸
２０ ロボットアーム
２２ 第１リンク
２４ 第２リンク
２６ リスト
２８ メカニカルインターフェイス
３０ 締結装置
３２ ラックアンドピニオン機構
３４ ハウジング
３７ 仕切り板
３９ 貫通孔
４０ ラック
５０ ピニオン
５２ テーブル
５４ 軸孔
５９ ベアリング
６０ センサ
６２ 磁石
６４ 検出部
７０ 付勢機構
８０ 回転軸
８２ 保持機構
８３ 保持機構本体
８４ 第１部材
８５ 凹部
８６ 外部軸
８８ 穿設装置
９０ ロボット制御装置
９２ メモリ
９４ プロセッサ
１００ ロータリジョイント
１０２ ツールチェンジャ
Ｂ ボルト
Ｈ ボルト穴
Ｍ 雄螺子部材
Ｎ ナット
Ｓ 載置台
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 駆動軸の回転駆動力により回転させることで、締結位置に締結部材を締結するための締結装置であって、
   ラックアンドピニオン機構と、
   前記ラックアンドピニオン機構を介して前記駆動軸に取り付けられ、その先端に前記締結部材と結合する結合部を有する回転軸と、を備え、
   前記ラックアンドピニオン機構は、基部と、前記基部に移動可能に取り付けられたラックと、前記基部に回転可能に設けられ、前記ラックと噛み合うピニオンと、前記ラックを移動方向における一方に付勢する付勢機構と、前記ラックが前記基部の所定位置から移動したことを検出するためのセンサと、を有し、
   前記基部と前記ピニオンのうちの一方が前記駆動軸に固定され、前記基部と前記ピニオンのうちの他方が前記回転軸に固定されることを特徴とする、締結装置。
2. 前記付勢機構は、前記基部をシリンダとし、前記ラックをピストンとするエアシリンダとして構成される、請求項１に記載の締結装置。
3. 前記付勢機構は、バネ部材として構成される、請求項１に記載の締結装置。
4. 前記結合部は、一対の第１部材を有し、前記一対の第１部材で前記締結部材を挟んで保持することで前記締結部材と結合する、請求項１乃至３のいずれかに記載の締結装置。
5. 前記センサは、磁石と、前記磁石が相対的に移動したことを検出するための検出部と、を有し、前記磁石及び前記検出部のいずれかが前記ラックに固定される、請求項１乃至４のいずれかに記載の締結装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の締結装置と、
   その先端に前記締結装置が設けられ、少なくとも一つの関節軸を有するロボットアームと、
   前記締結装置及び前記ロボットアームの動作をサーボ制御するためのロボット制御装置と、を備え、
   前記駆動軸は、前記少なくとも一つの関節軸に含まれる手首軸、又は、前記締結装置内に設けられる外部軸として構成され、
   前記ロボット制御装置は、
   前記少なくとも一つの関節軸それぞれを回転駆動するために、前記少なくとも一つの関節軸それぞれに設けられる第１サーボモータによって、前記ロボットアームの動作をサーボ制御し、
   前記手首軸を回転駆動するために前記手首軸に設けられる前記第１サーボモータによって、又は、前記外部軸を回転駆動するために前記外部軸に設けられる第２サーボモータによって、前記締結装置の動作をサーボ制御することを特徴とする、ロボット。

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