JP2021160035A

JP2021160035A - 締付装置

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Publication number: JP2021160035A
Application number: JP2020064298A
Authority: JP
Inventors: 健有光; Takeshi Arimitsu; 朋久方山; Tomohisa Katayama; 広也渡邉; Hiroya Watanabe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: US20210299804A1; CN113458767A; US11383334B2; JP7012771B2

Abstract

【課題】ボルトなどの被締付部材の接触状態の変化をとらえることが容易であるとともに、締結も確実に行うことが可能な締付装置を提供する。
【解決手段】本体１１がボルトＡを係合した状態でボルトＡをワークＢに対して締め付け作業を行う締付装置１０であって、本体１１に対してボルトＡを保持するマグネット１１ｂと、マグネット１１ｂによる保持状態よりボルトＡに対する拘束力が大きな固定状態で固定することが可能な下カム部材１５とを有し、下カム部材１５は、ワークＢにボルトＡに対して締め付ける締め付け作業を行う前は固定状態を維持し、締め付け作業を開始した後は固定状態を解除することが可能である。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、締付装置に関する。

ボルトなどの被締付部材をボルト穴などが形成されたワークに多関節ロボットなどを用いて自動的に締め付ける場合、エンドファクタなどが保持するソケットなどの締付装置にマグネットによる磁力などによって被締付部材を仮保持し、ボルト穴などの位置を画像処理などによって検知したうえで締め付け作業を行っている。

特許文献１には、エンドエフェクタとしてのナットランナのソケットのボルトに対する接触状態の変化、具体的には接触力及びそのモーメントの変化からソケットに対するボルトの位置ずれ量を推定する技術が開示されている。

国際公開第２０１９／１５０７２６号

しかしながら、ボルトなどを締め付ける際には、多少の位置ずれを許容するためにソケットとボルトとの間には隙間（余裕）を設けることが一般的である。しかし、この隙間はボルトを締め付ける際には有用であるが、上記特許文献１に開示された技術のように、接触状態の変化をセンサから検知する場合には、正確に接触状態の変化をとらえることが困難になる。

本発明は、以上の点に鑑み、ボルトなどの被締付部材の接触状態の変化をとらえることが容易であるとともに、締結も確実に行うことが可能な締付装置を提供することを目的とする。

本発明の締付装置は、締付部材が被締付部材を係合した状態で前記被締付部材をワークに対して締め付け作業を行う締付装置であって、前記締付部材に対して前記被締付部材を保持する保持部材と、前記保持部材による保持状態より前記締付部材に対する拘束力が大きな固定状態で被締付部材に固定することが可能な固定部材と、を有し、前記固定部材は、前記ワークに前記被締付部材に対して締め付ける締め付け作業を行う前は前記固定状態を維持し、前記締め付け作業を開始した後は前記固定状態を解除することが可能であることを特徴とする。

本発明の締付装置によれば、締め付け作業を行う前は被締付部材が締付部材に固定された固定状態が維持されるので、被締付部材のワークに対する接触状態の変化をセンサなどによって正確に検知することが可能となる。また、締め付け作業を開始した後は固定状態を解除することが可能であるので、ワークに被締付部材を追従させて締め付けることができるので、確実に締結することが可能となる。

本発明の締付装置において、前記固定部材は前記締付部材の回転動力と連動して、前記固定状態を解除することが好ましい。

この場合、被締付部材をワークに対して締め付ける際と同じ動力源が付与し得る締付部材の回転動力と連動して固定状態を解除するので、別個の動力源を必要としない。

本発明の第１の実施形態に係る締付装置の締め付け作業前の状態を示す模式概念的な縦断面図。図１ＡのＢ−Ｂ線断面図。図１ＡのＣ−Ｃ線断面図。本発明の第１の実施形態に係る締付装置の固定状態を示す模式概念的な縦断面。図２ＡのＢ−Ｂ線断面図。図２ＡのＣ−Ｃ線断面図。本発明の第２の実施形態に係る締付装置の締め付け作業前の状態を示す模式概念図である。本発明の第２の実施形態に係る締付装置の固定状態を示す模式概念図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る締付装置１０について図１及び図２を参照して説明する。ここでは、締付装置１０を用いて本願発明の被締付部材に相当するボルトＡをワークＢの上面に形成されたボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける場合を例として説明する。ボルトＡは、ワッシャＡａを有し、六角柱状のボルトヘッドＡｂを有している。

締付装置１０は、本願発明の締付部材に相当する本体１１、本体１１に回転自在に取り付けられた複数の回転軸１２、複数の回転軸１２のそれぞれの上部に取り付けられた上カム部材１３、複数の回転軸１２のそれぞれの下部にワンウェイクラッチ１４を介して取り付けられた本発明の固定部材に相当する下カム部材１５、締付装置１０が固定状態で保持するボルトＡの接触状態を検知するセンサ１６、移動機構１７、及び制御装置１８を備えている。

本体１１は、詳細は図示しないが、多関節ロボット、ハンドツールなどの移動機構１７の先端に位置するハンド（把持部）などのエンドエフェクタ１７ａに取り付けられている。そして、本体１１には、ボルトＡの略六角柱状のボルトヘッドＡｂが隙間を有して挿入可能なボルト挿入穴１１ａが下面に形成されている。また、本体１１には、回転軸１２、上カム部材１３、ワンウェイクラッチ１４及び下カム部材１５が収容される部分が形成されている。また、本体１１のボルト挿入穴１１ａの上方に、本発明の保持部材に相当するマグネット１１ｂが配置されている。

回転軸１２は、ボルト挿入穴１１ａの外方周囲に本体１１の中心軸Ｏ周りに均等となるように６本、それぞれ本体１１に対して回転自在に配置されている。

上カム部材１３は、それぞれの回転軸１２の上部に取り付けられている。各上カム部材１３は同一形状であり、一方が突出したカム形状となっている。このカム形状が中心軸Ｏに対して同じ角度が位置するように点対称に配置されている。そして、各上カム部材１３の下面１３ａは、中心軸Ｏから外方に向かって下方に傾斜するように形成されている。

各上カム部材１３は、本体１１に形成された穴の中に配置された付勢部材（ばね）１９によって上方から見て時計回り方向に回転するように付勢されている。

ワンウェイクラック１４は、各回転軸１２の下部に取り付けられている。

下カム部材１５は、それぞれのワンウェイクラッチ１４の下部に取り付けられている。各下カム部材１５は同一形状であり、一方が突出したカム形状となっている。このカム形状が中心軸Ｏに対して同じ角度で位置するように点対称に配置されている。そして、各下カム部材１５は、ワンウェイクラッチ１４の作用によって、上カム部材１３と回転軸１２に対して上方から見て時計回り方向には回転自在であるが反時計回り方向には回転不可能となっている。

各上カム部材１３がばね１９によって付勢された状態においては、各下カム部材１５はボルト挿入穴１１ａに対して中心軸Ｏから外周方向に退避した状態となっている。各上カム部材１３がばね１９によって付勢に反して上方から見て反時計回りに回転すると、各下カム部材１５も同様に反時計回りに回転しボルト挿入穴１１ａに対して中心軸Ｏの方へ内方に向かって進入する状態となる。

センサ１６は、エンドエフェクタ１７ａと本体１１との間に設けられている。センサ１６は、ここでは、３方向の力と３方向のモーメントを検知可能な６軸接触覚センサである。センサ１６は、検知した６軸成分の検知結果を制御部８に送信する。

制御部１８は、センサ１６が検知した締付装置１０のワークＢに対する接触状態の変化に基づいて、ワークＢに対する締付装置１０のずれ量を推定する。より具体的には、下カム部材１５によって締付装置１０にボルトＡが固定状態に保持された状態で移動機構１７を制御し、ボルトＡとワークＢの接触状態を変化させたときの接触状態の時間変化をセンサ１６で検知し、センサ１６で検知した接触状態の時間変化と事前に機械学習等で学習した結果とに基づいてずれ量を推定する。そして、移動機構１７を制御することで締付装置１０の位置ずれを調整し、この調整後にワークＢに締め付ける作業を行う。なお、機械学習の手法については国際公開第２０１９／１５０７２６号などに開示された方法を用いればよく、詳細な説明は省略する。

以下、上述した締付装置１０を用いてボルトＡをワークＢの上面に形成されたボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける方法について説明する。この方法による締付装置１０の各部の制御及び移動機構１７の各部の制御は制御部１８によって行われる。

ボルトＡを締付装置１０によって保持する前の初期状態においては、ばね１９の付勢力によって各上カム部材１３は突出した部分がボルト挿入穴１１ａ内に突出した突出状態となっている。そして、これに伴い、各下カム部材１５は突出した部分がボルト挿入穴１１ａから退避した退避状態となっている。

この初期状態において、まず、移動機構１７を制御して、ボルトＡのボルトヘッドＡｂの上方から下方に向けて締付装置１０を下降させて、ボルトヘッドＡｂをボルト挿入穴１１ａ内に挿入させる。挿入開始時は、ボルトヘッドＡｂは下カム部材１５に接触しない。

そして、さらにボルトヘッドＡｂをボルト挿入穴１１ａ内に深く挿入させると、ボルトヘッドＡｂが上カム部材１３の下面１３ａに接触し、ボルトヘッドＡｂの挿入に伴い、上カム部材１３が上方から見て反時計方向に徐々に回転する。このとき、上カム部材１３の回転に伴い下カム部材１５も同じように回転し、下カム部材１５の突出した部分がボルト挿入穴１１ａ内に進入してボルトヘッドＡｂの外周面と当接し、この当接によりボルトヘッドＡｂが固定された固定状態となる。また、このとき、マグネット１１ｂの磁力によってもボルトヘッドＡｂは本体１１に保持されている。

そして、ボルトヘッドＡｂが本体１１に固定された状態で移動機構１７によって、締付装置１０を移動させてワークＢと接触させる。次に、締付装置１０のワークＢに対する接触状態の変化をセンサ１６によって検知し、センサ１６が検知した接触状態の変化に基づきワークＢに対する締め付け装置１０のずれ量を推定し、移動機構１７を制御することで該ずれ量の補正を行う。

次に、ずれ量を補正した状態で、ボルトＡをワークＢのボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける作業を行う。この締め付け作業においては、上方から見て締付装置１０を時計回りに回転させる。このとき、下カム部材１５はワンウェイクラッチ１４の作用によってボルトＡの回転を妨げない。これにより、ボルトＡはマグネット１１ｂだけの作用によって本体１１に保持されている保持状態であるので、ボルトＡをボルト穴Ｂａに対して良好に追従して締め付け作業を行うことが可能となる。

そして、ボルトＡをボルト穴Ｂａへの締め付け作業を完了した後、マグネット１１ｂによる保持力は小さいので、移動機構１７により締付装置１０を上方に移動させることにより、締付装置１０によるボルトＡの保持は解除される。これにより、締め付け作業は完了する。

以下、本発明の第２の実施形態に係る締付装置２０について図３及び図４を参照して説明する。ここでは、締付装置２０を用いてボルトＡをワークＢの上面に形成されたボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける場合を例として説明する。ボルトＡは、ワッシャＡａを有し、六角柱状のボルトヘッドＡｂを有している。

締付装置２０は、第１の本体２１、第１の本体２１に対してベアリング２１ａを介して取り付けられた第２の本体２２、第１の本体２１の一側方にて第１の本体２１の回転に伴い、第２の本体２２に対して上下動する第１の上下動体２３、第１の本体２１の他側方にて第１の本体２１の回転に伴い第２の本体２２に対して上下動する第２の上下動体２４、第１の上下動体２３の下部と第１の本体２１とを連結し、下部に本発明の固定部材に相当するクランプ部（爪部）２５ａを有するリンク体２５、第２の上下動体２４の下部とリンク体２５とを連結する直動体２６、センサ２７、移動機構２８、及び、制御部２９を備えている。

第１の本体２１には、ボルトＡの略六角柱状のボルトヘッドＡｂが隙間を有して挿入可能なボルト挿入穴２１ｂが下面に形成されている。また、第１の本体２１のボルト挿入穴２１ｂの上方に、本発明の保持部材に相当するマグネット２１ｃが配置されている。

第２の本体２２は、本体２１が内輪に固定されたベアリング２１ａの外輪に固定されている。これにより、第１の本体２１が回転しても第２の本体２２は回転しない。そして、第１の本体２１にはワンウェイクラッチ３２を介してカム３１が取り付けられている。ワンウェイクラッチ３２の作用により、第１の本体２１を上方から見て時計回り方向に回転させたときは、第１の本体２１が回転してもカム３１は回転しない。

第１の本体２１を上方から見て反時計回り方向に回転させたときは、カム３１は第１の本体２１の回転に伴い回転する。カム３１の両方の側壁にはカム穴３１ａ，３１ｂが形成されている。これらカム穴３１ａ，３１ｂは異なって形状（カムプロファイル）となっている。また、カム３１の側面と第２の本体２２とを結ぶように弾性部材３３が取り付けられている。これによって、反時計回りに回転する際には弾性力に反して移動させてなければならず、回転力がなくなれば元の位置に戻る。

第１の上下動体２３は、カム３１の一方の側壁に形成されたカム穴３１ａに挿入されるピン２３ａが設けられており、第１の本体２１の回転に伴い、第１の本体２１に対して上下動するように構成されている。

第２の上下動体２４は、カム３１の他方の側壁に形成されたカム穴３１ｂに挿入されるピン２４ａが設けられており、第１の本体２１の回転に伴い、第１の本体２１に対して上下動するように構成されている。なお、第１の本体２１が同じ角度だけ回転した場合、第１の上下動体２３のほうが第２の上下動体２４よりもストロークが長くなるようにカム穴３１ａ，３１ｂの形状が規定されている。

リンク体２５は、第１の上下動体２３の下部に一端部が回転自在に支持された第１のリンク２５ｂと、第１のリンク２５ｂの他端部に一端部が回転自在に支持されるとともに中間部が第１の本体２１に回転自在に支持された第２のリンク２５ｃとから構成されている。

そして、第２のリンク２５ｃは、その他端部に、ボルトＡのワッシャＡａの下面と当接してボルトＡを固定することが可能なクランプ部２５ａが形成されている。なお、本実施形態においては、クランプ部２５ａはワッシャＡａの下面と当接してボルトＡを固定するが、ワッシャＡａが存在しない場合には、クランプ部２５がボルトＡのフランジ面と当接してボルトＡを固定してもよい。

直動体２６は、一端部が第２の上下動部２４の下部に固定されているとともに他端部が第２のリンク２５ｃの中間部と一緒に本体部２１の下部に回転自在に支持されている。

センサ２７は、エンドエフェクタ２８ａと第１の本体２１との間に設けられている。センサ２７は、ここでは、３方向の力と３方向のモーメントを検知可能な６軸接触覚センサである。センサ２７は、検知した６軸成分の検知結果を制御部２９に送信する。

制御部２９は、センサ２７が検知した締付装置２０のワークＢに対する接触状態の変化に基づいて、ワークＢに対する締付装置２０のずれ量を推定する。より具体的には、クランプ２５ａによって締付装置２０にボルトＡが固定状態に保持された状態で移動機構２８を制御し、ボルトＡとワークＢの接触状態を変化させたときの接触状態の時間変化をセンサ２７で検知し、センサ２７で検知した接触状態の時間変化と事前に機械学習等で学習した結果とに基づいてずれ量を推定する。そして、移動機構２８を制御することで締付装置２０の位置ずれを調整し、この調整後にワークＢに締め付ける作業を行う。なお、機械学習の手法は、第１の実施形態で挙げた文献に記載の方法などを用いればよく、詳細な説明は省略する。

以下、上述した締付装置２０を用いてボルトＡをワークＢの上面に形成されたボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける方法について説明する。この方法による締付装置２０の各部の制御は制御部２９によって行われる。

ボルトＡを締付装置２０によって保持する前の初期状態においては、第１及び第２の上下動体２３，２４は上側に位置しており、クランプ部２５ａがボルト挿入穴２１ｂから側方に退避した退避状態となっている。

この初期状態において、まず、移動機構２８を制御して、ボルトＡのボルトヘッドＡｂの上方から下方に向けて締付装置２０を降して、ボルトヘッドＡｂを第１の本体２１のボルト挿入穴２１ｂ内に挿入させる。また、このとき、マグネット２１ｃの磁力によってもボルトヘッドＡｂは第１の本体２１に保持される。

そして、ボルトヘッドＡｂをボルト挿入穴２１ｂの奥まで挿入させた後、第１の本体２１を制御して、第１の本体２１を反時計方向に回転、例えば半回転だけ回転させる。このとき、第１の本体２１の回転に伴い、カム３１も回転する。これにより、弾性部材３３の弾性力に反してカム３１が回転し、ピン２３ａ，２４ｂがそれぞれカム穴３１ａ，３１ｂ内を移動して、リンク体２５及び直動体２６がこれらの連結部で回動自在の状態で変化し、クランプ部２５ａがボルト挿入穴２１ｂに挿入されたボルトＡのワッシャＡａを側方下側から押し付ける。これにより、ボルトＡがボルト挿入穴２１ｂ内にて固定された固定状態となる。

そして、ボルトヘッドＡｂが本体２１に固定された状態で移動機構２８によって、締付装置２０を移動させてワークＢと接触させる。次に、締付装置２０のワークＢに対する接触状態の変化をセンサ２７によって検知し、センサ２７が検知した接触状態の変化に基づきワークＢに対する締め付け装置２０のずれ量を推定し、移動機構２８を制御することで該ずれ量の補正を行う。

次に、ずれ量を補正した状態で、ボルトＡをワークＢのボルト穴Ｂａに螺合させて締め付ける作業を行う。この締め付け作業においては、上方から見て第１の本体２１を時計回りに回転させる。このとき、まず、弾性部材３３の弾性力によりカム３１だけが回転してクランプ部２５ａによるボルトＡの固定が解除される。さらに、第１の本体２１を上方から見て時計回りに回転させると第１の本体２１が第２の本体２２に対して回転する。これにより、ボルトＡはマグネット２１ｃによって第１の本体２１に保持されている保持状態であるので、ボルトＡをボルト穴Ｂａに対して良好に追従して締め付け作業を行うことが可能となる。

そして、ボルトＡをボルト穴Ｂａへの締め付け作業を完了した後、マグネット２１ｃによる保持力は小さいので、移動機構２８により締付装置２０を上方に移動させることにより、締付装置２０によるボルトＡの保持は解除される。これにより、締め付け作業は完了する。

以上説明したように、締め付け作業を行う前はボルトＡが本体１１又は第１の本体２１に固定された固定状態が維持されるので、ボルトＡのワークＢに対する接触状態の変化をセンサ１６，２７によって正確に検知することが可能となる。また、締め付け作業を開始した後は固定状態が解除されるので、ワークＢにボルトＡを追従させて締め付けることができるので、確実に締結することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、締付装置１０，２０及び締め付け作業が行われるボルトＡ及びワークＢの構成や形態などは適宜変更可能である。

１０…締付装置、１１…本体（締付部材）、１１ａ…ボルト挿入穴、１１ｂ…マグネット（保持部材）、１２…回転軸、１３…上カム部材、１３ａ…下面、１４…ワンウェイクラッチ、１５…下カム部材（固定部材）、１６…センサ、１７…移動機構、１７ａ…エンドエフェクタ、１８…制御装置、１９…ばね、２０…締付装置、２１…第１の本体（締付部材）、２１ａ…ベアリング、２１ｂ…ボルト挿入穴、２１ｃ…マグネット（保持部材）、２２…第２の本体、２１ａ，２１ｂ…カム穴、２３…第１の上下動体、２３ａ…ピン、２４…第２の上下動体、２４ａ…ピン、２５…リンク体、２５ａ…クランプ部（固定部材）、２５ｂ…第１のリンク、２５ｃ…第２のリンク、２６…直動体、２７…センサ、２８…移動機構、２８ａ…エンドエフェクタ、２９…制御部、３１…カム、３１ａ，３１ｂ…カム穴、３２…ワンウェイクラッチ、３３…弾性部材、Ａ…ボルト（被締付部材）、Ａａ…ワッシャ、Ａｂ…ボルトヘッド、Ｂ…ワーク、Ｂａ…ボルト穴、Ｏ…中心軸。

Claims

締付部材が被締付部材を係合した状態で前記被締付部材をワークに対して締め付け作業を行う締付装置であって、
前記締付部材に対して前記被締付部材を保持する保持部材と、
前記保持部材による保持状態より前記締付部材に対する拘束力が大きな固定状態で固定することが可能な固定部材と、を有し、
前記固定部材は、前記ワークに前記被締付部材に対して締め付ける締め付け作業を行う前は前記固定状態を維持し、前記締め付け作業を開始した後は前記固定状態を解除することが可能であることを特徴とする締付装置。
前記固定部材は、前記締め付け作業において前記締付部材を回転させる動力と連動して、前記固定状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の締付装置。