JP5717811B2 - ネジ締付装置を含むロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボット等の動作により、ネジを自動的に締付けるネジ締付装置を含むロボットシステムに関する。

機械や構造物の信頼性を向上させる目的で、締付トルクを検出してトルク制御を行うナットランナが使用されている。特許文献１には、トルク検出器を備えたナットランナが開示されている。

さらに、特許文献２は、ロボットのハンドがレンチを締付けるときの締付け操作力を監視する締付け操作監視手段を備えた装置を開示している。

実公昭63-46232号公報 特開2010-012583号公報

特許文献１に記載されるような一般的なナットランナは、内蔵されたモータを用いて、その軸線上に配置された工具先端を回転させている。このため、締付けられるべきナット等の前方には、比較的大きい空間が必要とされる。そのような空間が確保できない場合には、オフセットギヤなどをナットランナに内蔵させる必要がある。

しかしながら、そのようなギヤはトルクを伝達するのに使用されるので、ギヤを小型化するのは困難である。このため、そのようなギヤを内蔵したナットランナは、結果的に大型化する傾向がある。また、前述した空間が確保できない場合には、締付トルクの上限値を下げる必要があり、またナットランナの自動化自体が困難である。

さらに、特許文献２に開示される締付操作監視手段は歪みゲージであるので、装置全体の価格が高くなるという問題点もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、限定された空間しか確保できない場合であっても、締付作業を自動化することのできる安価なネジ締付装置を含むロボットシステムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットと、該ロボットの先端に取付けられたネジ締付装置とを含み、前記ネジ締付装置は、前記ロボットの先端に固定される基部と、該基部に、その一端が回動可能に取付けられる延長部と、該延長部の他端に固定されていて、その先端に係合されたネジを回転させるツール部と、前記延長部を介して前記ツール部を前記ネジに、該ネジの軸方向に押付ける押付機構部と、前記基部に固定されていて円弧形状部分を有するガイド部と、前記延長部を前記円弧形状部分に沿って前記ネジの締付方向に回転させるトルクを発生するトルク発生部と、を具備し、ネジ締付作業時に、前記ロボットが前記ツール部を中心としてネジ締め方向に回転することにより、前記トルク発生部は、前記延長部が前記ガイド部の円弧形状部分に沿ってネジの締付方向に回転するように、一定のトルクを生じさせる、ロボットシステムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記トルク発生部に設けられていて、所定値以上の反力が作用したことを検出する第一検出部を具備し、該第一検出部が前記所定値以上の反力が作用したことを検出したときに、前記ネジ締付作業を停止するようにした。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記押付機構部がエアシリンダである。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記押付機構部がバネである。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記押付機構部の押付作用によって前記ツール部が前記ネジに係合したことを検出する第二検出部を備えた。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記トルク発生部が管理されたエア圧を使用したエアシリンダである。
７番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記トルク発生部がエア圧力切替装置によって管理された複数のエア圧を使用したエアシリンダである。
８番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記トルク発生部がロボット制御装置により制御されたサーボモータである。

１番目の発明においては、延長部を採用しているので、ツール部が進入できる最小限の空間しか確保できない場合であっても、締付作業を実施できる。また、トルク発生部に所定値以上の反力が作用した場合には、締付作業を停止するようにし、その結果、締付作業を自動化することができる。さらに、そのようなネジ締付装置は歪みゲージ等を使用する必要がないので、小型のネジ締付装置を安価で提供することができる。また、ネジ締付装置を広範囲で使用することができる。さらに、締付方向が限定されることのない締付作業を行うことができる。
３番目の発明においては、押付機構部がエアシリンダであるので、ツール部を一定の力でネジに押付けることができる。
４番目の発明においては、 押付機構部がバネであるので、ネジ締付装置をさらに安価にできる。
５番目の発明においては、 ツール部がネジに係合したことを確認できるので、安定した締付作業を行うことができる。
６番目の発明においては、トルク発生部が管理されたエア圧を使用しているので、トルクの検出を安価に行うことができる。
７番目の発明においては、トルク発生部が管理された複数のエア圧を使用しているので、エア圧を適宜切替えて、締付トルクを調節することができる。エア圧力切替装置は例えば電空レギュレータである。
８番目の発明においては、トルク発生部がロボット制御装置により制御されているので、ロボット制御装置を用いて締付トルクの変更および検出を行うことができる。

本発明に基づくネジ締付装置の斜視図である。 図１に示されるネジ締付装置を下面側から見た斜視図である。 延長部を排除した状態におけるネジ締付装置を下面側から見た斜視図である。 ネジ締付装置を側方から見た斜視図である。 本発明に基づくネジ締付装置の動作を示すフローチャートである。 位相合わせ動作を示す第一の斜視図である。 位相合わせ動作を示す第二の斜視図である。 締付動作を示す第一の斜視図である。 締付動作を示す第二の斜視図である。 本発明に基づくネジ締付装置を含むロボットシステムの略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくネジ締付装置の斜視図であり、図２は図１に示されるネジ締付装置を下面側から見た斜視図である。図１および図２に示されるネジ締付装置１０はプレート１９を介してロボット６０の手首先端部に取付けられている。ロボット６０は例えば垂直多関節ロボットであるが、他の形態のロボットでもよい。

そのようなロボット６０は、本発明のネジ締付装置１０を所望の位置および向きに配置する役目を果たす。従って、本発明においては、ネジ締付装置１０を広範囲で使用することができ、ネジの締付方向が限定されるのを避けられる。

図１および図２に示されるように、ネジ締付装置１０は、ロボット６０に取付けられるプレート１９と、基部１１とを含んでおり、プレート１９と基部１１との間に、後述する押付機構部１５が備えられている。図示される実施形態においては、基部１１は細長状の金属板であり、延長部１２の一端１２ａが基部１１に回動可能に取付られている。

図１および図２に示される実施形態においては、延長部１２は基部１１よりもわずかながら長い細長状部材である。そして、延長部１２の他端１２ｂには、ネジ１４を回転させるツール部１３が配置されている。図１および図２においては、ツール部１３の先端には、ネジ１４のヘッドが既に係合されている。また、ネジ１４は、その軸線方向が延長部１２の長さ部分に対して垂直で且つ押付機構部１５の押付方向と同じになるように、ツール部１３に係合されている。

図１および図２に示される押付機構部１５はエアシリンダである。押付機構部１５は、延長部１２を介してツール部１３をネジ１４に、ネジ１４の軸方向に押付ける役目を果たす。ツール部１３の先端がネジ１４のヘッドに押付けられた状態で、延長部１２がツール部１３回りに回動すると、ツール部１３がネジ１４のヘッドに係合するようになる。押付機構部１５の側面に備えられた係合検出部１８ｂは、押付機構部１５のロッドの位置に基づいて、ツール部１３がネジ１４に係合したことを検出する。

図１および図２に示されるように、押付機構部１５がエアシリンダである場合には、ツール部１３を一定の力でネジ１４に押付けることができる。また、押付機構部１５はバネ（図示しない）であってもよく、この場合には、ネジ締付装置１０を極めて安価に提供することができる。

図３は延長部を排除した状態におけるネジ締付装置を下面側から見た斜視図であり、図４はネジ締付装置を側方から見た斜視図である。図３および図４から分かるように、基部１１の下面には、ガイド部１６が固定されている。ガイド部１６は、その長手側面が円弧形状部分を有するように形成されている。さらに、ガイド用ブロック２０が、ガイド部１６に摺動可能に係合されている。ガイド用ブロック２０は、延長部１２の一端１２ａに連結されており、延長部１２と一体的に回動する。

図４から特に分かるように、基部１１の下面には、トルク発生部１７が備えられており、そのロッドの先端はリンク機構になっている。リンク機構は、延長部１２の一端１２ａ近傍において延長部１２の側面にピンで係合している。

図示されるトルク発生部１７は、管理されたエア圧を使用したエアシリンダである。このため、トルク発生部１７の側面に取付けられたトルク検出部１８ａは、トルクを容易且つ安価に検出することができる。トルク検出部１８ａは例えばリードスイッチであってもよい。

あるいは、トルク発生部１７は、図示しないエア切替装置によって管理された複数のエア圧を使用したエアシリンダであってもよい。この場合には、エア圧を適宜切替えて、締付トルクを調節することができる。エア圧力切替装置は例えば図２に示される電空レギュレータ６３であってもよい。

図５は本発明に基づくネジ締付装置の動作を示すフローチャートである。さらに、図６および図７は位相合わせ動作を示す斜視図であり、図８および図９は締付動作を示す斜視図である。図６から図９に示されるワーク３０は、筒状のワーク本体３１と、ワーク本体３１の端面に取付けられるリール部材３２とから構成される。

図６および図７に示されるように、リール部材３２は、二つの端板３３、３４と、これら端板３３、３４を連結する中心軸部３５とを含んでいる。図から分かるように、端板３３の直径はワーク本体３１の端面の直径に概ね等しい。また、図６から分かるように、中心軸部３５は比較的短いものの、延長部１２の他端１２ｂおよびツール部１３が挿入可能な程度に長いものとする。

また、以下の実施例においては、ネジ締付装置１０のツール部１３が六角棒レンチであり、ネジ１４のヘッドには対応する六角穴が形成されているものとする。ただし、他の構成のツール部１３およびネジ１４を採用した場合であっても、本発明の範囲に含まれる。また、端板３３およびワーク本体３１の端面には、ネジ１４に対応する複数の穴が形成されており、これら穴には雌ネジが形成されているものとする。

以下、図５から図９を参照しつつ、本発明のネジ締付装置１０を用いてリール部材３２の一方の端板３３をワーク本体３１の端面にネジで固定するネジ締付作業について説明する。なお、リール部材３２はワーク本体３１の端面に既に適切に配置されており、端板３３の複数の穴およびこれらに対応するワーク本体３１の端面の穴には、ネジ１４が予め挿入されているものとする。

はじめに図５のステップＳ１において、ロボット６０をその元位置から移動させて、ツール部１３の先端を、端板３３に挿入された一つのネジ１４の直上に位置決めする。本発明においては、延長部１２の他端１２ｂおよびツール部１３のみを端板３３、３４の間の空間に挿入すれば十分であり、ロボット６０の手首先端部自体をこの空間に挿入する必要はない。このため、本発明においては、ツール部１３が進入できる最小限の空間しか確保できない場合であっても、後述する位相合わせ作業およびネジ締付作業を行うことができる。

次いで、図６において矢印Ａ１で示されるように、押付機構部１５を駆動して、ツール部１３をネジ１４に所定の力で押付ける。このときには、ツール部１３をネジ１４に単に押付けているだけであるので、ツール部１３の先端はネジ１４のヘッドの穴に挿入されていない。

次いで、ステップＳ２において、ロボット６０をツール部１３を中心として回転させる。これにより、図６に矢印Ａ２で示されるように、ネジ締付装置１０がツール部１３回りに回動するようになる。このようにネジ締付装置１０を回動させると、ツール部１３の先端がネジ１４のヘッドの穴に自然に落下するようになる。

図７に示されるツール部１３は、図６に示されるツール部１３よりも短いので、図７においてはツール部１３の先端がネジ１４の穴に落下したのが分かるであろう。本発明では、ネジ締付装置１０を回動させることにより、ツール部１３がネジ１４に係合し、それにより、位相合わせ作業を自動的に行うことができる。

ツール部１３の先端がネジ１４の穴に落下するときには、押付機構部１５（この場合にはエアシリンダ）のロッドが所定量だけ下方向に延びる。押付機構部１５に取付けられた係合検出部１８ｂはこのような変化を検出する。ステップＳ３において、ロッドが下方向に延びたと判定された場合には、ツール部１３がネジ１４の穴に係合し、位相合わせが完了したと判断できる。このような判定は所定周期毎に行われるものとする。ロッドが下方向に延びたと判定されない場合には、ステップＳ３に戻って、ネジ締付装置１０をさらに回動させる。このように、本発明では、ツール部１３がネジ１４に係合したことを確認できるので、後述する締付作業を安定して確実に行うことができる。

次いで、ステップＳ４においては、図８の矢印Ａ３で示されるように、ロボット６０をツール部１３を中心として回転させる。このときの回転方向はネジ１４の締付方向と同一である。これにより、延長部１２もロボット６０と共に回転して、ネジ１４を締付け始めるようになる。このとき、矢印Ａ４で示されるように、トルク発生部１７は、延長部１２がガイド部１６の円弧形状部分に沿ってネジ１４の締付方向に回転するように、一定のトルクを生じさせる。

ネジ１４が概ね締付けられると、図９の矢印Ａ５で示されるように、締付けによる反力が作用するようになる。これにより、延長部１２はガイド部１６の円弧形状部分に沿って矢印Ａ５の方向に移動すると共に、トルク発生部１７に取付けられたトルク検出部１８ａにより検出されるトルクが上昇する。この間もロボット６０は矢印Ａ３方向に移動し続け、ネジ１４を増締めすることができる。

そして、ステップＳ５においては、トルク検出部１８ａのトルク検出値を参照して、トルク検出値が所定値よりも大きいか否かを判定する。トルク検出値が所定値よりも大きくない場合には、ステップＳ４に戻る。

これに対し、トルク検出値が所定値よりも大きい場合には、十分な締付トルクが得られたと判断できる。従って、このような場合には、締付作業を停止して、ステップＳ６に進む。ステップＳ６においては押付機構部１５の押付作用を停止させる。そして、ロボット６０を移動させてツール部１３をネジ１４から離脱させる。最終的に、ロボット６０を初期位置まで戻して処理を終了する。

このように、本発明においては、延長部１２を採用しているので、ツール部１３が進入できる最小限の空間しか確保できない場合であっても、延長部１２をそのような空間に進入させて締付作業を実施できる。また、トルク発生部１７に所定値以上の反力が作用した場合には、締付作業を停止するようにしている。このため、本発明では、図５に示される一連の締付作業全体を自動化することも可能である。また、本発明においては、歪みゲージ等を使用する必要がないので、小型のネジ締付装置を安価で提供することができる。

また、本発明に基づくネジ締付装置を含むロボットシステムの略図である図１０に示されるように、ロボット６０はロボット制御装置６１によって制御されている。或る実施形態においては、トルク発生部１７は、ロボット制御装置６１により制御されたロボット６０のサーボモータ６２であってもよい。この場合には、トルク発生部１７がロボット制御装置６１により制御されているので、ロボット制御装置６１を用いて締付トルクの変更および検出を行うことができるのが分かるであろう。

１０ ネジ締付装置
１１ 基部
１２ 延長部
１２ａ 一端
１２ｂ 他端
１３ ツール部
１４ ネジ
１５ 押付機構部
１６ ガイド部
１７ トルク発生部
１８ａ トルク検出部
１８ｂ 係合検出部
１９ プレート
２０ ガイド用ブロック
３０ ワーク
３１ ワーク本体
３２ リール部材
３３、３４ 端板
３５ 中心軸部
６０ ロボット
６１ ロボット制御装置
６２ サーボモータ
６３ 電空レギュレータ

Claims (8)

1. ロボットと、
   該ロボットの先端に取付けられたネジ締付装置とを含み、
   前記ネジ締付装置は、
   前記ロボットの先端に固定される基部と、
   該基部に、その一端が回動可能に取付けられる延長部と、
   該延長部の他端に固定されていて、その先端に係合されたネジを回転させるツール部と、
   前記延長部を介して前記ツール部を前記ネジに、該ネジの軸方向に押付ける押付機構部と、
   前記基部に固定されていて円弧形状部分を有するガイド部と、
   前記延長部を前記円弧形状部分に沿って前記ネジの締付方向に回転させるトルクを発生するトルク発生部と、を具備し、
   ネジ締付作業時に、前記ロボットが前記ツール部を中心としてネジ締め方向に回転することにより、前記トルク発生部は、前記延長部が前記ガイド部の円弧形状部分に沿ってネジの締付方向に回転するように、一定のトルクを生じさせる、ロボットシステム。
2. 前記トルク発生部に設けられていて、所定値以上の反力が作用したことを検出する第一検出部を具備し、
   該第一検出部が前記所定値以上の反力が作用したことを検出したときに、前記ネジ締付作業を停止するようにした、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記押付機構部がエアシリンダである請求項１に記載のロボットシステム。
4. 前記押付機構部がバネである請求項１に記載のロボットシステム。
5. 前記押付機構部の押付作用によって前記ツール部が前記ネジに係合したことを検出する第二検出部を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
6. 前記トルク発生部が管理されたエア圧を使用したエアシリンダであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
7. 前記トルク発生部がエア圧力切替装置によって管理された複数のエア圧を使用したエアシリンダであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
8. 前記トルク発生部がロボット制御装置により制御されたサーボモータであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。

Images