JP2987362B1 - ロボットに取り付けられる自動調心工具 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ロボットに取り付けられた工具と、ワークの
部品取付箇所との間に多少の誤差があっても、ロボット
による部品の取付けを確実に行う。 【解決手段】 ロボットに取り付けられる自動調心工具
で、工具ケース２０内に前後移動自在の爪２２と中心部
に部品取付具２１、爪回動部３０、爪及び部品取付具を
工具ケースに対して径方向へ移動不能に保持する部材２
３と、部品取付具を径方向に部品と同心位置まで移動さ
せる機構３２等から構成され、爪は工具ケースをワーク
に向けて前進させた時に、部品取付具より先にワークに
接触し、更に前進させると部品取付具に対して相対的に
後退しつつ、爪回動部により、一対の爪先端部が閉じる
方向に回動する。保持部材はこの時は、爪と部品取付具
を径方向に浮遊状態に設定するので、移動機構３２は、
爪と部品との接触圧力により、部品取付具を径方向に部
品と同心位置まで移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに取り付
けられてワークに部品を取り付ける自動調心工具に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】自動二輪
車などのホイールは、その中心部のハブと外周部のリム
とを複数本のスポークで連結して構成される。そのスポ
ーク連結作業は、仮締め工程と本締め工程の前後２工程
を作業者の手作業により行う。仮締め工程では、先ずス
ポークの一端部をハブのスポーク孔に係止し、次にスポ
ークの他端部をリムのスポーク孔に差し込み、この他端
部に設けた雄ねじ部に、リムの外周側からスポーク孔に
差し込んだニップルの雌ねじ部を緩く螺合させて、ニッ
プル頭部をリムの外周に係止させる。本締め工程では、
仮締めしたホイールを、上下から治具で挟んで保持し、
この保持状態で各スポークの他端部をリムに順次本締め
する。このスポーク連結作業のうち、仮締め工程におい
てスポークの一端部をハブに係止する処理については、
これを装置により自動的に行う技術が提案されているが
（特開平８−９１００７号公報）、その他の処理はすべ
て作業者の手作業により行われている。

【０００３】このようなホイールのリム締付け作業にお
ける後工程の本締めをロボットで自動化しようとする
と、ロボットハンドにプラスドライバなどの締付け工具
を取り付け、予めプログラムとしてロボットに入力した
位置データに基づき、リム外周のニップル頭部のプラス
溝などの係合溝に締付け工具の先端が合致する位置まで
ロボットハンドを前進させて、締付け作業を行うことに
なる。

【０００４】しかし、前記したようにプログラムによる
ロボットハンドの制御だけで、ロボットハンドに取り付
けられた締付け工具の先端をニップル頭部の係合溝に合
致させる場合、たとえばリムに形成されるスポーク孔に
加工位置ずれがあると、締付け工具の先端をニップル頭
部の係合溝に正確に係合できない場合がある。

【０００５】本発明は、このような課題を解消し、ロボ
ットに取り付けられた工具と、ホイールのようなワーク
における部品の取付箇所との間に多少の誤差があって
も、ロボットによりワークの部品取付箇所に確実に部品
を取り付けることのできる工具を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１のロボットに取り付けた自動調心工具は、
ロボットハンドに装着されて、ワークに仮締めされた部
品を本締めして取り付ける工具であって、工具ケースに
対して前後移動自在に設けられる爪と、この爪を回動さ
せる爪回動部と、前記爪および部品取付具を工具ケース
に対して径方向へ移動不能に保持する保持部材と、部品
取付具を径方向に部品と同心位置まで移動させる移動機
構とを備える。前記爪は、工具ケースをワークに向かっ
て前進させたとき工具ケース内の部品取付具よりも先に
ワークに接触する。前記爪回動部は、前記爪が工具ケー
スの前進によりワークに押し付けられて前記部品取付具
に対して相対的に後退するのに伴い、爪に接触して一対
の爪の先端部が閉じる方向に爪を回動させる。前記保持
部材は、前記爪が前進位置にあるときに前記爪および部
品取付具を工具ケースに対して径方向へ移動不能に保持
し、前記爪の後退により爪および部品取付具を工具ケー
ス内で径方向に浮遊状態に設定する。前記移動機構は、
前記爪の回動により爪の先端部が前記ワークに仮締めさ
れた部品に側方から接触したとき、その接触圧力により
部品取付具を径方向に部品と同心位置まで移動させる。
この構成によれば、工具とワークの部品取付箇所に対し
て、工具ケースをワークに向かって前進させると、工具
ケース内の部品取付具よりも先に一対の爪がワークに押
し付けられて、前記部品取付具に対して相対的に後退す
るのに伴い、爪の先端部が閉じる方向に回動する。この
爪の回動により、爪の先端部が前記部品に側方から接触
したとき、その接触圧力により部品取付具が径方向に部
品と同心位置まで移動するので、ワークの部品取付箇所
に対して部品取付具の先端位置が多少ずれていても、部
品取付箇所の部品をロボットに取り付けられた部品取付
具で確実にワークに取り付けることができる。

【０００７】また、請求項２のロボットに取り付けられ
る自動調心工具は、請求項１において、さらに、前記爪
に前進方向の弾性力を付加する弾性部材を備えている。
この構成によれば、ワークへの爪の押付け状態を解除す
ると、弾性部材により爪が初期位置まで前進するので、
使用前の状態への復帰が自動的に行われる。

【０００８】また、請求項３のロボットに取り付けられ
る自動調心工具は、請求項１または２において、前記保
持部材に、前記爪が回動自在に支持され、かつ、前記部
品取付具が前後移動自在に挿通されており、さらに、前
記工具ケースの内周に、後方へ向かって拡がるテーパ状
の規制面が形成され、前記保持部材の外周端部が、前進
状態で、前記規制面に接触している。この構成によれ
ば、爪が前進位置にあるとき、爪とともに保持部材が前
進して、その外周端部が工具ケースの規制面に接触する
ので、爪および部品取付具を工具ケースに対して径方向
へ移動不能に保持でき、爪が後退すると、ともに後退す
る保持部材が前記規制面による規制を解かれるので、爪
および部品取付具を工具ケース内で径方向に浮遊状態に
設定できる。

【０００９】また、請求項４のロボットに取り付けられ
る自動調心工具は、請求項２または３において、前記移
動機構が、前記部品取付具を回動自在に支持するホルダ
部と、このホルダ部を前記工具ケースに対して径方向に
移動自在に保持するベアリング部と、前方へ向かって窄
まるテーパ面を有し前記爪の後端部が接触する前記爪回
動部とを有し、前記ホルダ部と前記保持部材の間に、前
記弾性部材が介挿されている。 この構成によれば、爪
回動部のテーパ面に後端部が接触する爪の後退により、
爪はその先端部が閉じる方向に回動し、その爪の先端部
が部品に側方から接触したとき、その接触圧によりホル
ダ部が部品取付具とともに工具ケースに対して径方向に
移動して、部品と同心位置まで部品取付具が移動する。
また、ホルダ部を支持部材とする弾性部材により、爪を
保持する保持部材に前進方向の弾性力を付加できる。

【００１０】また、請求項５のロボットに取り付けられ
る自動調心工具は、請求項４において、前記爪回動部の
テーパ面に、後退した爪の後端部が嵌まり込んで一対の
爪の先端部が開く方向に爪を回動させる嵌合溝が形成さ
れている。この構成によれば、部品と同心位置まで部品
取付具が移動した後、さらにワークに爪を押し付ける
と、さらに後退する爪の後端部が爪回動部のテーパ面の
嵌合溝に嵌まりこんで、爪の先端部が若干開く方向に回
動するので、部品取付具による部品の取り付け動作にお
いて、爪の先端部が部品を挟圧して取付け作業の邪魔に
なるのを回避できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の
一実施形態に係る自動調心工具による締付け対象である
自動二輪車のホイール１を示す。ホイール１は、中心側
のハブ２と外周側のリム３を多数のスポーク４により連
結してなり、リム３の外周側にタイヤ５が取り付けられ
る。

【００１２】図２は、ホイール１のスポーク４をリム３
に本締めする本締め機７を示す。ホイール１は、本締め
機７に搬入される前に、スポーク４の一端部をハブ２に
係止するとともに、スポーク４の他端部をリム３に仮締
めして仮組みホイール１とする仮締め作業が、作業者の
手作業で行われる。この仮締め作業を、本締め作業を示
す図３および図４を用いて説明すると、まず、図３のハ
ブ２のスポーク孔２ａに、スポーク４を挿通させて、そ
の一端部の鍔４ａをハブ２に係止させるとともに、リム
３の外周側から、リム３に形成されたスポーク孔３ａに
ニップル１０を挿入し、図４（Ａ）に示すニップル１０
の雌ねじ部１０ａをスポーク４の他端の雄ねじ部４ｂに
緩く螺合させて、ニップル１０の頭部１０ｂをリム３の
外周側に仮係止させる。

【００１３】図２に示すように、前記本締め機７は、ワ
ークである仮組みホイール１を、その軸心が上下方向に
向いた姿勢で保持する治具１１と、ホイール１の軸対称
部について同時に、スポーク４の他端部をリム３にロボ
ットハンド１２で本締め処理する２台のロボット１３
Ａ，１３Ｂとを備えている。

【００１４】前記治具１１は、ホイール１を上下から挟
んで保持する治具上半体１４および治具下半体１５から
なる。治具下半体１５は駆動機構（図示せず）により鉛
直軸心まわりに回転駆動され、治具上半体１４は、鉛直
軸心まわりに自由回転可能に設定されている。したがっ
て、治具下半体１５を鉛直軸心まわりに若干の角度ずつ
回転させることにより、ホイール１を挟んだ状態で治具
１１全体が回転し、前記ロボット１３Ａ，１３Ｂ（図
１）の動作範囲内にホイール１の本締め箇所を位置させ
る。治具下半体１５は、図示しない作業台に一体回転自
在で、かつ作業台に対して昇降自在に支持され、治具上
半体１４は、図示しない上方のフレームに昇降自在に支
持され、ロボット１３Ａ、１３Ｂは前記フレームに支持
されている。

【００１５】前記ロボット１３Ａ，１３Ｂのロボットハ
ンド１２には、図５に示す工具１９が取り付けられてい
る。この工具１９は、工具ケース２０内に配置される部
品取付具であるドライバ２１と、このドライバ２１の先
端部を挟んで左右に配置される一対の爪２２とを有す
る。前記工具ケース２０は、ケース前半体２０ａとケー
ス後半体２０ｂをねじ部２０ｃで連結してなるもので、
ケース前半体２０ａの内周に、後方へ向かって拡がるテ
ーパ状の規制面５０が形成されている。前記両爪２２
は、両爪の先端部が開閉方向に回動自在となるように、
工具ケース２０内に進退自在に設けられた保持部材２３
に支軸２４を介して支持されている。

【００１６】保持部材２３の中心部には、前記ドライバ
２１を前後移動自在に挿通するドライバ挿通孔２５が形
成されている。さらに、保持部材２３の外周には、保持
部材２３が前進した状態で、前記工具ケース２０の規制
面５０に外端面が接触する規制突部２３ａが形成されて
いる。この規制突部２３ａにより、保持部材２３が左側
へ進出した状態で、保持部材２３は、前記爪２２および
ドライバ２１を工具ケース２０に対して径方向へ移動不
能に保持する。また、保持部材２３が右側へ後退した状
態で、保持部材２３は、その規制突部２３ａが規制面５
０から離れて、前記爪２２およびドライバ２１を工具ケ
ース２０内で径方向に浮遊状態に設定する。

【００１７】前記工具ケース２０内の、前記保持部材２
３より後方の位置には、中心に前記ドライバ２１を挿通
するドライバ挿通孔２７を有するホルダ部材（ホルダ
部）２６が配置され、このホルダ部材２６によりドライ
バ２１が回動自在に支持されている。このホルダ部材２
６の後端に形成されたつば部２６ａと、ケース後半部２
０ｂの内周に固定したリング状のスラスト受け部２８と
の間に、複数のボールＢが周方向に配置されており、前
記つば部２６ａ、スラスト受け部２８およびボールＢに
より、スラスト軸受（スラスト部）ＴＢが構成されてい
る。また、前記ホルダ部材２６と前記保持部材２３との
間にはコイルばね２９が介挿され、これにより、前記爪
２２を支持する保持部材２３に前進方向の弾性力が付加
され、その反力により、ホルダ部材２６がスラスト軸受
ＴＢに軸方向に押し付けられて、径方向に移動自在に保
持されている。なお、両爪２２に後退方向の外力が加え
られない状態では、ドライバ２１の先端が両爪の先端部
に対して所定長だけ後退した位置となるように、前記保
持部材２３の前進位置が設定される。

【００１８】前記ホルダ部材２６の前部は、前方に向か
って窄まるテーパ状のカム面３０ａを有する爪回動部３
０とされ、この爪回動部３０に前記爪２２に形成したカ
ムフォロワ３１が接触する。これにより、爪２２が後退
するのに伴い、カムフォロワ３１が爪回動部３０のカム
面３０ａにガイドされて、一対の爪２２はその先端部が
閉じる方向に回動する。前記爪回動部３０のカム面３０
ａの後部には、爪２２が後退した状態でそのカムフォロ
ワ３１が嵌まり込む嵌合溝３０ｂが形成され、この嵌合
溝３０ｂに前記カムフォロワ３１が嵌まり込むと、両爪
２２はそれらの先端部が開く方向に回動する。

【００１９】前記ホルダ部材２６、スラスト軸受ＴＢ、
爪回動部３０などにより、ホイール（ワーク）１に仮締
めされた部品であるニップル１０の頭部１０ｂと同心位
置となるまで、ドライバ２１を工具ケース２０の径方向
に移動させる移動機構３２が構成される。部品取付具で
あるドライバ２１の後端は、ホルダ部材２６に固定した
メタル軸受３５を介して回転自在に保持された保持部材
３６の保持孔に挿入され、軸方向に抜止めされた状態で
相対回転不能に保持されている。前記保持部材３６は、
ユニバーサルジョイント３８を介して、後方に配置され
るドライバ駆動用のエアモータからなる駆動機３９の出
力軸４０に連結されている。

【００２０】図２において、制御装置６０は、入力され
たプログラムに従って本締め機７全体を制御するもので
あって、ＣＰＵを内蔵している。

【００２１】次に、前記本締め工程を説明する。図２に
示す治具１１が上下に開いた状態で、治具下半体１５の
上に仮組みホイール１を載せ、治具下半体１５を上昇さ
せ、治具上半体１４を下降させて、両者間でホイール１
を保持する。この保持状態のもとに、仮組みホイール１
の外側方で軸対称位置に配置された２台のロボット１３
Ａ，１３Ｂが、仮組みホイール１のリム３に対して、一
定の基準位置にある最初の例えば各４本のスポーク４の
本締めを行う。すなわち、図３に示す、リム３の外側か
ら、スポーク孔３ａに挿通されスポーク４の他端部の雄
ねじ部４ｂに仮締め状態に螺合されているニップル１０
の頭部１０ｂの係合溝１８に、ロボット１３Ａ，１３Ｂ
のロボットハンド１２に装着された工具１９のドライバ
２１を係合させて本締めする。

【００２２】この本締め作業において、予めプログラム
された位置データに基づき本締め位置に工具１９が前進
しても、ロボット１３Ａ，１３Ｂとワークであるホイー
ル１との相対的な位置ずれや、リム３におけるスポーク
孔３ａの加工位置ずれなどによって、水平断面図である
図６（Ａ）に示すように、ドライバ２１の先端がニップ
ル頭部１０ｂの係合孔１８からずれる場合がある。この
とき、その位置ずれ状態のまま、ロボットハンド１２を
ホイール１に向けて前進させると、ドライバ２１よりも
先にリム３に押し付けられる両爪２２が、ドライバ２１
に対して相対的に後退するのに伴い、爪２２の後端のカ
ムフォロワ３１が爪回動部３０のカム面３０ａにガイド
されて、両爪２２はその先端部が閉じる方向に回動す
る。

【００２３】前記両爪２２の閉じる方向への回動に伴
い、前記位置ずれのために、先にニップル頭部１０ｂに
側方から一方の爪２２の先端部が接触したとき、その接
触圧力により、ホルダ部材２６が、工具ケース２０に対
して、先に接触した爪２２側に径方向へ押圧される。こ
のとき、保持部材２３の規制突部２３ａは、規制面５０
から離れて浮遊状態にあるから、前記ホルダ部材２６
は、前記押圧力を受けて径方向へ移動させられる。これ
により、ドライバ２１の先端が、図６（Ｂ）に示すよう
に、ニップル頭部１０ｂの係合孔１８と同心位置に移動
する。

【００２４】前記位置合わせ状態のもとに、ロボットハ
ンド１２がホイール１に向けて本来の進出位置までさら
に前進すると、図６（Ｃ）に示すように、ドライバ２１
の先端がニップル頭部１０ｂの係合孔１８に噛み合うと
ともに、さらに後退した爪２２のカムフォロワ３１が爪
回動部３０の嵌合溝３０ｂに嵌まり込んで、両爪２２は
その先端部が若干開く方に回動する。これにより、両爪
２２によるニップル頭部１０ｂの挟圧が解除される。続
いて、図５の駆動機３９が作動し、ドライバ２１を一定
のトルクに達するまで回転させてニップル１０の本締め
を行う。このとき、両爪２２によるニップル頭部１０ｂ
の挟圧が既に解除されているから、ドライバ２１の回転
駆動の妨げになるのを回避できる。なお、ロボットハン
ド１２をホイール１から後退させると、コイルばね２９
の弾性力により両爪２２は元の進出位置に復帰する。

【００２５】各ロボット１３Ａ，１３Ｂによる４本のス
ポーク４のリム３への本締めが終わると、次の４本のス
ポーク４の本締め位置が各ロボット１３Ａ，１３Ｂの動
作範囲内となる位置まで、図２の治具１１がホイール１
を保持した状態で回動して停止し、同様に２台のロボッ
ト１３Ａ，１３Ｂによる本締め処理が行われる。以上の
本締め処理を、リム３の全周にわたって順次行う。

【００２６】このように、対向配置された２台のロボッ
ト１３Ａ，１３Ｂで、リム３の軸対称部が同時に本締め
されるので、中心振れのない高精度の本締め作業を行う
ことができ、後工程でホイール１の振れ取り作業を行う
必要がない。また、ホイール１を保持した治具１１を順
次回転させ、本締めするロボット１３Ａ，１３Ｂの動作
許容範囲内にホイール１の本締め箇所を位置させるよう
にしているので、ロボット１３Ａ，１３Ｂの動作範囲を
少なくして、本締めを能率よく行うことができる。本締
めが終了すると治具１が開き、作業者がホイール１を治
具１から取り出す。

【００２７】なお、前記本締め作業において、ニップル
頭部１０ｂの係合溝１８が図４（Ｂ）に示すようなプラ
ス溝の場合には、部品取付具としてプラスドライバ２１
を使用する。また、ニップル頭部１０ｂの係合溝１８が
図４（Ｃ）に示すような六角溝の場合には、部品取付具
として六角レンチを使用する。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明のロボットに取り
付けられる自動調心工具によれば、工具とワークの部品
取付箇所に対して、工具ケースをワークに向かって前進
させると、工具ケース内の部品取付具よりも先に一対の
爪がワークに押し付けられて、前記部品取付具に対して
相対的に後退するのに伴い、爪の先端部が閉じる方向に
回動し、爪の先端部が前記部品に側方から接触したと
き、その接触圧力により部品取付具が径方向に部品と同
心位置まで移動するので、ワークの部品取付箇所に対し
て部品取付具の先端位置が多少ずれていても、部品取付
箇所の部品をロボットに取り付けられた部品取付具で確
実にワークに取り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る工具により締め付け
られるホイールを示す側面図である。

【図２】同実施形態に係る工具を用いたホイールの本締
め機を示す要部正面図である。

【図３】前記リム締付設備におけるロボットによるホイ
ールの本締め処理を示す要部の縦断面図である。

【図４】（Ａ）はリムのスポーク連結部を示す断面図、
（Ｂ）はニップル頭部の一例を示す正面図、（Ｃ）はニ
ップル頭部の他の一例を示す正面図である。

【図５】前記ロボットに取り付けられる工具の縦断面図
である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は前記工具の位置補正動作を示
す水平断面図である。

【符号の説明】

１…ホイール（ワーク）、１０…ニップル（部品）、１
３Ａ，１３Ｂ…ロボット、１２…ロボットハンド、１９
…工具、２０…工具ケース、２０ａ…規制面、２１…ド
ライバ（部品取付具）、２２…爪、２３…保持部材、２
６…ホルダ部材、ＴＢ…スラスト軸受（ベアリング
部）、２９…コイルばね（弾性部材）、３０…爪回動
部、３０ａ…カム面（テーパ面）、３０ｂ…嵌合溝、３
１…カムフォロワ、３２…移動機構、ＴＢ…ベアリング
部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−166430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−146721（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−128128（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23P 19/00 301 G05D 3/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットハンド１２に装着されて、ワー
   ク１に仮締めされた部品１０を本締めして取り付ける工
   具１９であって、 工具ケース２０に対して前後移動自在に設けられ、工具
   ケース２０をワーク１に向かって前進させたとき工具ケ
   ース２０内の部品取付具２１よりも先にワーク１に接触
   する一対の爪２２と、 前記爪２２が工具ケース２０の前進によりワーク１に押
   し付けられて前記部品取付具２１に対して相対的に後退
   するのに伴い、爪２２に接触して一対の爪２２の先端部
   が閉じる方向に爪２２を回動させる爪回動部３０と、 前記爪２２が前進位置にあるときに前記爪２２および部
   品取付具２１を工具ケース２０に対して径方向へ移動不
   能に保持し、前記爪２２の後退により爪２２および部品
   取付具２１を工具ケース２０内で径方向に浮遊状態に設
   定する保持部材２３と、 前記爪２２の回動により爪２２の先端部が前記ワーク１
   に仮締めされた部品１０に側方から接触したとき、その
   接触圧力により部品取付具２１を径方向に部品１０と同
   心位置まで移動させる移動機構３２とを備えたロボット
   に取り付けられる自動調心工具。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに、前記爪２２
   に前進方向の弾性力を付加する弾性部材２９を備えてい
   るロボットに取り付けられる自動調心工具。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記保持部
   材２３に、前記爪２２が回動自在に支持され、かつ、前
   記部品取付具２１が前後移動自在に挿通されており、さ
   らに、前記工具ケース２０の内周に、後方へ向かって拡
   がるテーパ状の規制面５０が形成され、前記保持部材２
   ３の外周端部が、前進状態で、前記規制面５０に接触し
   ているロボットに取り付けられる自動調心工具。
4. 【請求項４】 請求項２または３において、前記移動機
   構３２は、前記部品取付具２１を回動自在に支持するホ
   ルダ部２６と、このホルダ部２６を前記工具ケース２０
   に対して径方向に移動自在に保持するベアリング部ＴＢ
   と、前方へ向かって窄まるテーパ面３０ａを有し前記爪
   の後端部が接触する前記爪回動部３０とを有し、前記ホ
   ルダ部２６と前記保持部材２３の間に、前記弾性部材２
   ９が介挿されているロボットに取り付けられる自動調心
   工具。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記爪回動部３０の
   テーパ面３０ａに、後退した爪２２の後端部が嵌まり込
   んで一対の爪２２の先端部が開く方向に爪２２を回動さ
   せる嵌合溝３０ｂが形成されているロボットに取り付け
   られる自動調心工具。