JP4557146B2

JP4557146B2 - 締結装置

Info

Publication number: JP4557146B2
Application number: JP2004283044A
Authority: JP
Inventors: 真祐渡邊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006095624A; CN1754650A; CN1754650B

Description

本発明は、締結部品を締付ける締結装置に関し、特に、締付け手段が交換可能な締結装置に関する。

産業機械の組立ラインにおいて、順次搬送されてくるワークに対して形状や締付けトルクの異なる種々のねじ締付け作業を自動化するために、単一のナットランナで締付けることができるねじ締め装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図４において、ねじ締付装置１０は、基台１２を備え、この基台１２の角部に図面に直交する方向に長尺な上部レール１４ａと側部レール１４ｂとが設けられるとともに、この上部レール１４ａと側部レール１４ｂとの間に矢印Ｘ方向に長尺なラック部材１６が配設される。
上部レール１４ａと側部レール１４ｂとには、Ｘ軸テーブル１８が支持されており、このＸ軸テーブル１８の下部側にサーボモータ等の第１回転駆動源２０が固着される。この第１回転駆動源２０の回転軸（図示せず）には、ギヤトレイン２２を介してピニオン２４が連結され、このピニオン２４がラック部材１６に噛合している。Ｘ軸テーブル１８の上部に一対のガイドレール２６ａ、２６ｂが矢印Ｘ方向に交差する矢印Ｙ方向に延びて固着され、このガイドレール２６ａ、２６ｂ間に第２回転駆動源２８が配設されてこの第２回転駆動源２８にボールねじ３０が連結されている。
ガイドレール２６ａ、２６ｂにＹ軸テーブル３２が載置され、このＹ軸テーブル３２の下部には、ボールねじ３０に螺合する図示しないナット部材が設けられる。このＹ軸テーブル３２には、上下方向（矢印Ｚ方向）に長尺な一対のガイドレール３４ａ、３４ｂとボールねじ３６とが設けられ、このボールねじ３６は、第３回転駆動源３８に連結される。このガイドレール３４ａ、３４ｂにＺ軸テーブル４０が支持されており、このＺ軸テーブル４０は、ボールねじ３６の回転作用下に昇降自在である。
Ｚ軸テーブル４０には、ナットランナ部４２が設けられており、このナットランナ部４２にねじ締付用ソケット部４４ａまたは、所定の位置に収納された４４ｂ、４４ｃ（図示せず）を選択的かつ自動的に着脱するために、ソケット部交換装置４６が設けられる。
支持枠には、ワーク押さえ治具１２０とワーク位置決め確認センサ１２２とが装着されており、このワーク押さえ治具１２０およびワーク位置決め確認センサ１２２の下方には、ワーク搬送装置１２４が配設される。ワークＷは、パレット１２６に載置された状態で、このワーク搬送装置１２４を介して順次搬送される。
次に、動作について説明する。ワークＷは、前工程で複数のねじがセットされた状態でワーク搬送装置１２４を介して搬送され、所定のねじ締付け位置で停止される。そして、ワーク押さえ治具１２０とワーク位置決め確認センサ１２２とにより、ワークＷが所定の位置に位置決め保持された後、ねじ締付装置１０を構成する第１乃至第３回転駆動源２０、２８および３８が選択的に駆動される。

第１回転駆動源２０が駆動されると、ギヤトレイン２２を介してピニオン２４が回転され、このピニオン２４とラック部材１６との作用下にＸ軸テーブル１８が移動する。また、第２回転駆動源２８が駆動されると、ボールねじ３０が回転されてＹ軸テーブル３２が矢印Ｙ方向に移動する。さらにまた、第３回転駆動源３８が駆動されると、ボールねじ３６を介してＺ軸テーブル４０が矢印Ｚ方向に移動する。これにより、ナットランナ部４２に装着されているソケット部４４ａに設けられた係合孔に、ワークＷにセットされているねじを嵌合させることができる。

そこで、回転駆動源５５が駆動されてナットランナ部４２の回転軸５６が回転されると、ソケット部４４ａが回転する。このため、ワークＷのねじが締付けられ、その締付けトルクが所定値以上になると、トルク検出器（図示せず）等を介して回転駆動源５５の駆動が停止される。
特許第２５８８６７７号（第２−５頁、図３）

従来のねじ締付け装置は、ねじの把持機構がないので、予めワークＷにねじをセットしておく必要があった。また、ソケット部が到達できる範囲が狭いので、ワークＷの一側面しかねじ締めができず、反対の側面や上面をねじ締めするためにはワークＷの向きを何らかの方法で変える必要があり、必ずしも作業効率が良いものではなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ねじの把持機能をねじ締め装置に装備するとともに、ボルトのサイズに応じた締付け手段を着脱自在とするものであり、任意の位置姿勢でのねじ締付け動作ができるロボットマニピュレータと組み合わせることで、作業範囲が広いねじ締め装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ナットランナと、前記ナットランナによって回転駆動される締結部品の締付け手段と、を備えるとともに、前記締付け手段が着脱されて複数の異なる種類の締結部品が単一の前記ナットランナで締付けられる締結装置において、前記締付け手段を回転軸方向に直線移動させる第１駆動手段と、前記締結部品を把持するチャックと、前記チャックを動作させる第２駆動手段と、前記締付け手段を着脱する第３駆動手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、産業用ロボットのアーム先端に取付けられたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記チャックは２つの可動爪で構成され、前記可動爪の開閉動作によって締結部品を把持することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、第１駆動手段はエアシリンダであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、第２駆動手段はエアシリンダであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記締結部品は六角穴付きボルトであることを特徴とするものである。

請求項１、３、４、５、６に記載の発明は、チャックを備え、締結手段の着脱が可能であるため、保持位置決めが難しい六角穴付きボルト等でもボルトの種類、サイズを問わない締結装置を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明は、ねじ締め装置が産業用ロボットのアーム先端に取付けられているので、広い作業範囲でのねじ締めを自動化することができ、締付け位置の教示点の修正のみで対応可能な、柔軟な締結装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１（ａ）は、締結装置の横断面図で、第１エアシリンダ２３０を伸長駆動して締付けビット２０７（締付け手段）を装置先端側へ移動させ、かつチャック２０８を開いた状態を示している。また、図１（ｂ）は締結装置の縦断面図であり、第１エアシリンダ２３０を縮退駆動して締付けビット２０７を後退させ、かつチャック２０８を閉じた状態を示している。
本締結装置は、ねじを締付ける締付けビット２０７の回転・直線駆動機構と、ねじを把持するチャック２０８の開閉機構および装置先端部の着脱機構を備えている。以下、それぞれの構成について説明する。

まず、締付けビット２０７の回転・直線駆動機構の構成について説明する。図において、２０１は、ナットランナであり、ベース２０２に図示しないボルトで固定されており、ベース２０２は多自由度を有する産業用ロボットのアーム先端（図示せず）に取付けられている。２０３は主筒であり、ベース２０２に固定されている。２０４は伝達軸であり、ナットランナ２０１の出力軸に連結され、主筒２０３を同軸に貫通している。伝達軸２０４はソケット２０５に結合して回転トルクを伝達するが、ソケット２０５が軸方向に摺動して直線移動できるように、多角柱またはスプラインで構成される。

ソケット２０５は、軸受け２３５を介してスライダ２３３に結合され、スライダ２３３は主筒２０３の外周に設けたスリットを貫通する第１ブラケット２３２に固定されている。第１ブラケット２３２はベース２０２に固定された第１エアシリンダ２３０（第１駆動手段）から伸びるシリンダロッドと固定されており、第１エアシリンダ２３０を伸縮動作させることで、ソケット２０５を回転中でも軸方向へ直線移動させることができる。また、ソケット２０５は、一端の内径が伝達軸２０４と嵌合する多角形断面またはスプラインとなっており、他端はジョイント２０６と嵌合する円筒内径となっている。ジョイント２０６と嵌合する部分の外周には、鋼球２３９を保持する貫通穴がある。貫通穴部の円筒肉厚は、鋼球２３９の外径よりも小さくなっている。このため貫通穴内に配置された鋼球２３９は、円筒の内壁または外壁側に必ず突出することになる。ジョイント２０６のソケット２０５との嵌合部の円筒外周には、鋼球２３９の外径と同曲率で円周溝が設けられ、この円周溝の位置は、ソケット２０５の前記貫通穴と一致するように配置されている。円周溝の深さは、前記鋼球２３９の突出寸法と等しい寸法となっている。さらに、第１カラー２３８は、圧縮コイルばね（図示せず）によって回転軸の先端方向へ押し出す力が加えられ、通常は、鋼球２３９は外周側への突出が拘束されている。すなわち、内径側へ突出した鋼球２３９がソケット２０５の該円周溝に収まることで、ジョイント２０６とソケット２０５が結合される。２０７は、ボルト（図示せず）を締付ける締付けビットであり、ソケット２０５に結合している。

次に、チャック２０８の開閉機構の構成について説明する。図において、３３５は先端ツールベース３３５であり、鋼球２３７と第２カラー２３６の作用により主筒２０３に結合されて使用する。また、先端にチャックブラケット３０５が固定されている。２０８は２つの可動爪で構成されたチャックであり、各可動爪は、チャックブラケット３０５に設けられた回転軸３０６を中心に回転可能となっている。可動爪は、チャック２０８を閉じた時に六角穴付きボルトの頭部に干渉しないように内側が袋状なっている。２２０は第２エアシリンダ（第２駆動手段）であり、主筒２０３に固定されている。２２１は第２ブラケットであり、第２ブラケット２２１に設けられた切り欠き部に第２エアシリンダ２２０のシリンダロッドが引っ掛かる形で着脱可能に結合されている。図２は第２ブラケット２２１と第２エアシリンダ２２０の結合状態を示す上面図である。図に示すように、シリンダロッドを回転軸周りに旋回させることで、第２ブラケット２２１と第２エアシリンダ２２０の結合が解かれる。３０４はリンクパイプであり、第２ブラケット２２１に固定されている。リンクパイプ３０４は、主筒２０３に対して軸方向に摺動し、直線移動できるように構成されている。また、リンクパイプ３０４の先端には、一組のリンク３０７がそれぞれ回転可能に結合されており、リンク３０７の他端は可動爪の一端に回転可能に結合されている。

最後に、先端ツールの着脱機構の構成について説明する。本締結装置は、装置先端部（以下、「先端ツール」と呼ぶ。）が分離可能である。図３は、分離された先端ツールを示している。
図１において、３３０は第３エアシリンダ（第３駆動手段）であり、シリンダロッドが第３ブラケット３３１に結合されている。２３６は、第２カラーで、第３ブラケット３３１を介して第３エアシリンダ３３０のシリンダロッドに結合されている。すなわち、第２カラーは、第３エアシリンダの駆動により、軸方向へ直線移動する。２３７は鋼球であり、主筒２０３に設けられた保持穴に収まっている。保持された鋼球２３７は、第２カラー２３６が軸方向へ移動することにより外周側への飛出しが制御される。すなわち、第２カラー２３６が押し下げられると、鋼球２３７は拘束され、内径側へ突出する。一方、第２カラー２３６が引き上げられると、鋼球２３７はフリーになり、内径側へ突出しなくなる。ねじ締め作業時は、第３エアシリンダを伸長させて、第２カラー２３６を押し下げた状態にするので、鋼球２３７は内径側へ突出した状態となっている。したがって、先端ツールベース３３５に設けられた円周溝に嵌合し、先端ツールベース３３５は主筒２０３に結合される。
本発明が特許文献１と大きく異なる部分は、ねじを把持するためのチャック２０８を備えた点である。

上記構成における本発明の締結装置の動作について、以下に説明する。最初に、締付けビット２０７の回転・直線駆動機構の動作について説明する。
第１エアシリンダロッドが伸縮すると、伸縮動作は第１ブラケット２３２、スライダ２３３を介してソケット２０５に伝達される。次に、ソケット２０５に伝達された伸縮動作は、さらにジョイント２０６を介して締付けビット２０７に伝達される。一方、ナットランナ２０１の出力軸が回転すると、伝達軸２０４に回転が伝わり、さらにソケット２０５、ジョイント２０６を介して締付けビット２０７に伝達し、チャック２０８に把持されたねじを回転させる。すなわち、第１エアシリンダロッドの伸縮動作に合わせて締付けビットが伸縮動作するとともに、ナットランナ２０１によってねじを所望のトルクで締付けることができる。

次に、チャック２０８の開閉機構の動作について説明する。
まず、第２エアシリンダ２２０のシリンダロッドが伸縮すると、伸縮動作は第２ブラケット２２１を介してリンクパイプ３０４に伝達される。次に、伝達されたリンクパイプ３０４の伸縮動作は、さらにリンク３０７を介して可動爪に伝達されるので、可動爪は回転軸３０６を中心に回転し、その結果、チャック２０８が開閉する。すなわち、エアシリンダ２２０の伸縮動作に合わせて、チャック２０８が開閉動作し、ねじを把持および解放することができる。

次に、上記締付けビット２０７の回転・直線駆動およびチャック２０８の開閉の組み合わせ動作によるねじ締め作業について説明する。
ねじ締め作業は、以下の順序で行われる。
（１）第２エアシリンダ２２０のシリンダロッドを伸長させることにより、チャック２０８を開く。
（２）第２エアシリンダ２２０のシリンダロッドを縮退させて、チャック２０８を閉じて、予めパーツフィーダにより整列されたねじを把持する。
（３）把持したねじをワークのねじ挿入部へ移動させる。本発明の締結装置はロボットのアーム先端に取付けられているので、従来よりも広い範囲のねじ締めが可能である。
（４）第１エアシリンダ２３０のシリンダロッドを伸長させて、締付けビット２０７を把持されたねじまで伸ばす。
（５）第２エアシリンダ２２０のシリンダロッドを伸長させて、チャック２０８を開く。
（６）締め付けビット２０７には第１エアシリンダ２３０伸張力が作用しているため、ねじを押しながら前進し、ねじ先端がタップ部に到達するまで前進する。
（７）ナットランナ２０１を駆動し、所望のトルクでねじを締付ける。

最後に、先端ツールの分離動作について説明する。
先端ツールの分離動作は、以下の順序で行われる。
（１）第１カラー２３８は、図示しない圧縮コイルばね（図示せず）によって回転軸の先端方向へ押し出す力が加えられているので、圧縮コイルバネによる押し付け力に逆らう形で第１カラー２３８の先端部を架台（図示せず）に押し付けると、鋼球がカラー２３８の逃げ溝３３６に逃げ、ジョイント２０６の結合が解かれる。
（２）第３エアシリンダ３３０を縮退させて、第２カラー２３６を引き上げることで、鋼球２３７が拘束力を失い、先端ツールベース３３５の結合が解かれる。
（３）ロボットの動作により、締結装置（ナットランナ側）を回転軸周り（図２矢印方向）に旋回させると、第２エアシリンダロッドが第２ブラケット２２１から外れ、先端ツールは完全に分離される。
なお、先端ツールの取付けについては、上記順序と逆に行えばよい。
以上のように、保持位置決めが難しい六角穴付きボルトを把持し、先端ツールを着脱することで締付けビットを交換できるので、ボルトの種類、サイズを問わない締結装置を提供することができる。また、ねじ締め装置が産業用ロボットのアーム先端に取付けられているので、広い作業範囲でのねじ締め作業を自動化することができる。

チャック２０８の把持部の形状と締付けビット２０７を変更することによって、ボルトなど、あらゆる締結部品の締付けに対しても適用できる。

本発明の第１実施例を示す締結装置の横断面図および縦断面図第２ブラケット２２１と第２エアシリンダ２２０の結合状態を示す説明図分離された先端ツールを示す断面図従来の締結装置の側面図

符号の説明

２０１ナットランナ
２０２ベース
２０３主筒
２０４伝達軸
２０５ソケット
２０６ジョイント
２０７締付けビット
２０８チャック
２２０第２エアシリンダ
２２１第２ブラケット
２３０第１エアシリンダ
２３２第１ブラケット
２３３スライダ
２３５軸受け
２３６第２カラー
２３７鋼球
２３８第１カラー
２３９鋼球
３０４リンクパイプ
３０５チャックブラケット
３０６回転軸
２０７リンク
３３０第３エアシリンダ
３３１第３ブラケット
３３５先端ツールベース
３３６逃げ溝

Claims

ナットランナと、前記ナットランナによって回転駆動される締結部品の締付け手段と、を備えるとともに、前記締付け手段が着脱されて複数の異なる種類の締結部品が単一の前記ナットランナで締付けられる締結装置において、
前記締付け手段を回転軸方向に直線移動させる第１駆動手段と、
前記締結部品を把持するチャックと、
前記チャックを動作させる第２駆動手段と、
前記締付け手段を着脱する第３駆動手段と、を備えたことを特徴とする締結装置。
産業用ロボットのアーム先端に取付けられたことを特徴とする請求項１に記載の締結装置。
前記チャックは２つの可動爪で構成され、前記可動爪の開閉動作によって締結部品を把持することを特徴とする請求項１乃至２いずれかに記載の締結装置。
第１駆動手段はエアシリンダであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結装置。
第２駆動手段はエアシリンダであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結装置。
前記締結部品は六角穴付きボルトであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の締結装置。