JP6241539B2 - Screw tightening system and screw tightening method - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、ネジ締めシステムおよびネジ締め方法に関する。 The disclosed embodiments relate to a screw tightening system and a screw tightening method.
従来、先端にハンドを有する多関節のロボットにナットランナのようなネジを自動で締め付けるネジ締め装置を把持させ、ネジ締付け工程を含む組立作業を行うネジ締めシステムがある(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a screw tightening system in which an articulated robot having a hand at a tip grips a screw tightening device that automatically tightens a screw such as a nutrunner and performs assembly work including a screw tightening process (see, for example, Patent Document 1). .
かかるネジ締めシステムのネジ締め装置では、ネジに係合させるビットを軸まわりに回転させる。また、ネジ締め装置では、ビットに回転駆動力を与えるビット駆動部に減速機を設けてモータの回転数を減じることで、高回転数のモータからネジの本締めに必要なトルクを確保する。 In a screw tightening device of such a screw tightening system, a bit engaged with a screw is rotated around an axis. In addition, in the screw tightening device, a reduction gear is provided in the bit driving unit that applies a rotational driving force to the bit to reduce the rotational speed of the motor, thereby securing a torque necessary for the final tightening of the screw from the motor having a high rotational speed.
また、かかるネジ締めシステムにおけるネジ締付け工程では、ネジをネジ穴に配置し、次に、ネジを着座するまで仮締めし、最後に、ネジを規定トルクに達するまで本締めするという流れとなり、仮締めから本締めまでを減速機付きのビット駆動部を用いて行う。 In the screw tightening process in such a screw tightening system, the screw is placed in the screw hole, then temporarily tightened until the screw is seated, and finally tightened until the screw reaches the specified torque. From tightening to final tightening is performed using a bit drive unit with a reduction gear.
しかしながら、上述したようなネジ締めシステムでは、ビット駆動部に減速機を有するため、ビット駆動部の出力回転数が遅く、ネジの締付けに時間がかかるという問題がある。とくに、ネジの本数が多い場合は、ネジの締付けに要する時間が組立工程全体のタクトタイムに大きく影響する。 However, the screw tightening system as described above has a problem that the output speed of the bit drive unit is slow and it takes time to tighten the screw because the bit drive unit has a speed reducer. In particular, when the number of screws is large, the time required for tightening the screws greatly affects the tact time of the entire assembly process.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができるネジ締めシステムおよびネジ締め方法を提供することを目的とする。 One aspect of the embodiments has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a screw tightening system and a screw tightening method capable of reducing the tact time of the entire assembly process including the screw tightening process. .
実施形態の一態様に係るネジ締めシステムは、ロボットと、制御装置と、第1ビット駆動部と、第2ビット駆動部と、ビット保持部と、専用制御装置と、トルク検出器とを備える。前記ロボットは、先端にハンドを有する多関節のロボットである。前記制御装置は、前記ロボットを駆動制御する。前記第1ビット駆動部は、前記ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する。前記第2ビット駆動部は、前記ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する。前記ビット保持部は、前記第1ビット駆動部あるいは前記第2ビット駆動部の少なくともいずれかに取り付けられ、入力された前記回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持する。前記専用制御装置は、前記第2ビット駆動部を駆動制御する。前記トルク検出器は、前記第2ビット駆動部に設けられ、該第2ビット駆動部によって締緩されるネジのトルクを検出し、検出したトルクの値を前記専用制御装置へと出力する。 A screw tightening system according to an aspect of an embodiment includes a robot, a control device, a first bit driving unit, a second bit driving unit, a bit holding unit, a dedicated control device, and a torque detector . The robot is an articulated robot having a hand at the tip. The control device drives and controls the robot. The first bit driving unit is selectively held by the hand and directly outputs a rotational driving force by a motor. The second bit driving unit is selectively gripped by the hand and outputs a rotational driving force by a motor via a speed reducer. The bit holding unit is attached to at least one of the first bit driving unit and the second bit driving unit, and holds a bit that rotates around an axis by the input rotational driving force. The dedicated control device drives and controls the second bit driving unit. The torque detector is provided in the second bit drive unit, detects the torque of a screw tightened and loosened by the second bit drive unit, and outputs the detected torque value to the dedicated control device.
実施形態の一態様によれば、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができる。 According to one aspect of the embodiment, the tact time of the entire assembly process including the screw tightening process can be shortened.
以下、添付図面を参照して、本願の開示するネジ締めシステムおよびネジ締め方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a screw fastening system and a screw fastening method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
図1Aは、実施形態に係るネジ締めシステムの模式説明図である。なお、これから説明するネジ締めシステムでは、ネジを締めるだけでなく、締め付けられたネジを緩める作業も行う。 FIG. 1A is a schematic explanatory diagram of a screw tightening system according to an embodiment. In the screw tightening system described below, not only the screws are tightened, but also the work of loosening the tightened screws is performed.
また、このようなネジ締めシステムによって締緩されるネジにはボルト等も含む。ここでは、「ネジ」という呼称をボルト等のようならせん状の溝が設けられた締結部材の総称として用いる。 Moreover, the screw tightened and loosened by such a screw tightening system includes a bolt and the like. Here, the term “screw” is used as a general term for a fastening member provided with a spiral groove such as a bolt.
図1Aに示すように、ネジ締めシステム1では、ロボット70がネジ締め装置を用いてネジを締緩させる作業を行う。ネジ締め装置は、ビット駆動部11と、ビット保持部18とを備える。なお、このようなネジ締め装置は、ネジを締めるまたは緩める作業のいずれにも用いることができる。
As shown in FIG. 1A, in the screw tightening system 1, the
図1Aに示すように、ビット駆動部11としては、第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11bの2種類がある。第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11bはいずれも、出力軸を介して軸まわりの回転駆動力をビット保持部18へと出力する。
As shown in FIG. 1A, there are two types of
第1ビット駆動部11aは、モータMaを備え、モータMaによる回転駆動力を直接出力する。このような第1ビット駆動部11aからは、モータMaによる回転駆動力が直に出力されるため、高回転数の回転駆動力が出力される。
The first
一方、第2ビット駆動部11bは、モータMbと、減速機Gとを備え、モータMbによる回転駆動力を、減速機Gを介して出力する。このような第2ビット駆動部11bからは、減速機GによってモータMbの回転駆動力が減速され、高トルク(低回転数)の回転駆動力が出力される。なお、ここでは、モータMaおよびモータMbの能力は等しいものとする。
On the other hand, the second
図1Aに示すように、ビット保持部18は、締緩させるネジに係合されるビット20を先端側に保持する。また、ビット保持部18は、末端側がビット駆動部11に取り付けられる。具体的には、ビット保持部18は、第1ビット駆動部11aあるいは第2ビット駆動部11bの少なくともいずれかに取り付けられる。
As shown in FIG. 1A, the
ビット保持部18では、第1ビット駆動部11aあるいは第2ビット駆動部11bから出力された回転駆動力が入力されると、入力された回転駆動力によってビット20が軸まわりに回転する。
In the
図1Aに示すように、ネジ締めシステム1は、ロボット70を備える。ロボット70は、複数のアーム部を有するとともに、先端にハンド71を有する多関節のロボットである。ロボット70では、ハンド71がビット駆動部11を把持することで、ロボット70の外部軸としてネジ締め装置を備えることができる。
As shown in FIG. 1A, the screw tightening system 1 includes a
また、ネジ締めシステム1は、制御装置80をさらに備える。制御装置80は、ロボット70の各関節部を駆動制御する他、ハンド71によって把持された第1ビット駆動部11aのモータMaをロボット70の外部軸として駆動制御する。そのため、第1ビット駆動部11aを制御するための制御装置を別途設ける必要がない。
The screw tightening system 1 further includes a
ところで、上述したネジ締めシステム1におけるネジ締め工程は、ネジをネジ穴に配置し、次に、ネジを着座するまで仮締めし(以下、「仮締め工程」という)、最後に、ネジを規定トルクに達するまで本締めする(以下、「本締め工程」という)という流れとなる。そして、これらの各工程は、ロボット70がネジ締め装置を用いて行う。
By the way, in the screw tightening process in the screw tightening system 1 described above, the screw is arranged in the screw hole, and then temporarily tightened until the screw is seated (hereinafter referred to as “temporary tightening process”), and finally the screw is defined. This is a flow of final tightening until the torque is reached (hereinafter referred to as “final tightening process”). Each of these steps is performed by the
従来は、本締めで規定トルクを得るために、ネジの締付け(仮締め工程および本締め工程)を減速機付きのビット駆動部で行っていた。なお、ビット駆動部は、本締めで規定トルクに達する必要があるため、通常は減速機を有する。 Conventionally, in order to obtain a prescribed torque by final tightening, tightening of screws (temporary tightening step and final tightening step) has been performed by a bit drive unit with a speed reducer. In addition, since the bit drive part needs to reach a regulation torque by this fastening, it usually has a reduction gear.
しかし、減速機を有するビット駆動部を用いる場合、ビット駆動部から出力される回転数が遅く(低回転数)、ネジの締付けに時間がかかっていた。たとえば、出力回転数が600rpmの場合、ピッチ1mm、長さ50mmのネジのネジ締めには、5秒/本を要し、ネジを30本締める場合にかかる時間は150秒程度となる。このように、ネジの本数が多い場合は、締付けにかかる時間が長期化していた。また、ネジの締付け時間が長期化することで、組立工程全体のタクトタイムが長期化していた。 However, when a bit drive unit having a speed reducer is used, the number of rotations output from the bit drive unit is slow (low rotation number), and it takes time to tighten the screws. For example, when the output rotational speed is 600 rpm, it takes 5 seconds / screw to fasten a screw having a pitch of 1 mm and a length of 50 mm, and the time required to fasten 30 screws is about 150 seconds. Thus, when the number of screws is large, the time required for tightening is prolonged. In addition, since the tightening time of the screw is prolonged, the tact time of the entire assembly process is prolonged.
そこで、実施形態に係るネジ締めシステム1では、第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11bをハンド71が持ち替えることとした。すなわち、上記した仮締め工程では、回転数が高い第1ビット駆動部11aを用い、本締め工程では、トルクが高い第2ビット駆動部11bを用いることとした。これにより、各工程に適した回転数やトルクでネジ締めを行うことができる。
Therefore, in the screw tightening system 1 according to the embodiment, the
また、ネジ締めシステム1では、ビット保持部18を第1ビット駆動部11aあるいは第2ビット駆動部11bに着脱自在に取り付けられることとした。さらに、ビット保持部18を第1ビット駆動部11aと第2ビット駆動部11bとで共用することとした。これにより、部品点数を少なくすることができる。
In the screw tightening system 1, the
ここで、図1Bを参照してビット駆動部(第1ビット駆動部あるいは第2ビット駆動部)に取り付けられるビット保持部について説明する。図1Bは、ビット駆動部およびビット保持部の模式説明図である。なお、図1Bでは、ビットの種類ごとに、ビットおよびビット保持部の符号に「−番号」の形式で符番を付している。 Here, the bit holding unit attached to the bit driving unit (the first bit driving unit or the second bit driving unit) will be described with reference to FIG. 1B. FIG. 1B is a schematic explanatory diagram of a bit driving unit and a bit holding unit. In FIG. 1B, for each bit type, the bit and the code of the bit holding unit are numbered in the form of “−number”.
上述したように、ビット保持部18は、第1ビット駆動部11aあるいは第2ビット駆動部11bに対して着脱自在に取り付けられる。ビット保持部18は、締緩させるネジのサイズや種類等に応じて交換可能である。
As described above, the
図1Bに示すように、ビット保持部18に保持されるビット20は、ネジのサイズや種類等に応じて様々である。図1Bには、ネジの呼び径(たとえば、M6,M8,M10)に対応した3種類のビット20−1,20−2,20−3を保持する3つのビット保持部18−1,18−2,18−3を例示している。
As shown in FIG. 1B, the
そして、第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11bにはそれぞれ、3つのビット保持部18−1〜18−3が着脱自在に取り付けられる。すなわち、第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11bには、3つのビット保持部18−1〜18−3が共用される。
Three bit holding units 18-1 to 18-3 are detachably attached to the first
また、ネジ締めシステム1では、ビット保持部18が、回転部と、直動部と、押圧部とを備える構成とした。ビット保持部18では、押圧部によってビット20を先端側へ押圧することで、ビット20を軸方向に移動するネジに追従させることができる。なお、このようなビット保持部18の構成については、図2A等を用いて後述する。
In the screw tightening system 1, the
また、ネジ締めシステム1では、上記したように、ロボット70が、ネジの仮締めに第1ビット駆動部11aを用いるとともに、本締めに第2ビット駆動部11bを用いることとした。この場合、ネジの仮締めでは、ネジを速く締めるために高トルクよりも高回転数が好適であるので、第1ビット駆動部11aを用いる。また、本締めでは、ネジをしっかり締めるために高トルクが必要であるので、第2ビット駆動部11bを用いる。これにより、ネジの仮締めを高速で行うことができるので。ネジ締め全体にかかる時間を短縮することができる。
Further, in the screw tightening system 1, as described above, the
また、ネジ締めシステム1では、ロボット70は、ハンド71によって第1ビット駆動部11aを把持した後、第1ビット駆動部11aにビット保持部18を取り付けてネジの仮締めを行う。また、ロボット70は、第1ビット駆動部11aからビット保持部18を取り外し、ハンド71による第1ビット駆動部11aの把持を解除する。
In the screw tightening system 1, the
さらに、ロボット70は、第2ビット駆動部11bを把持した後、第2ビット駆動部11bにビット保持部18を取り付けてネジの本締めを行う。すなわち、ロボット70が、第1ビット駆動部11aでネジの仮締めを行い、仮締めが終了すると、第1ビット駆動部11aから第2ビット駆動部11bに持ち替えて、第2ビット駆動部11bで本締めを行う。なお、ネジが複数ある場合には、たとえば、すべてのネジの仮締めを第1ビット駆動部11aで行った後に、第2ビット駆動部11bに持ち替えてすべてのネジの本締めを行う。このようにすることで、ネジ締め作業全体としてのタクトタイムを短縮することができる。
Further, after gripping the second
なお、実施形態に係るネジ締めシステム1では、ロボット70は、単腕型の多関節ロボットである。しかし、これに限定されず、ロボット70が双腕ロボットであってもよい。双腕ロボットとすることで、たとえば、一方の腕に第1ビット駆動部11aが把持され、他方の腕に第2ビット駆動部11bが把持され、ネジの仮締めを一方の腕で行い、本締めを他方の腕で行うことができる。
In the screw tightening system 1 according to the embodiment, the
このように、ロボット70を双腕ロボットとすることにより、第1ビット駆動部11aから第2ビット駆動部11bへと持ち替えるのに要する時間をなくすことができる。この結果、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。
Thus, by making the robot 70 a double-arm robot, it is possible to eliminate the time required for switching from the first
また、実施形態に係るネジ締めシステム1では、制御装置80は、ハンド71に把持された第1ビット駆動部11aのモータMaをロボット70の外部軸として駆動制御するが、第1ビット駆動部11aの他に第2ビット駆動部11bを駆動制御してもよい。これにより、単一の制御装置80によって、ロボット70、第1ビット駆動部11a、第2ビット駆動部11bの駆動制御が可能となり、簡素な構成となる。
Further, in the screw tightening system 1 according to the embodiment, the
なお、第2ビット駆動部11bでは、ネジの本締めにおいて、トルク付与に係る精密な制御が必要となる。したがって、第2ビット駆動部11bを駆動制御するための専用制御装置81,82(図7参照)を別途設けてもよい。
In the second
以下では、図2A〜図2Cを参照してネジ締め装置について詳細に説明する。図2Aは、ネジ締め装置の正面図である。図2Bは、ネジ締め装置の右側面図である。図2Cは、図2BにあらわれるB−B線断面図である。なお、図2Bにあらわれる斜線部分は、図2AにあらわれるA−A線断面である。 Below, with reference to FIG. 2A-FIG. 2C, a screw fastening apparatus is demonstrated in detail. FIG. 2A is a front view of the screw tightening device. FIG. 2B is a right side view of the screw fastening device. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2B. 2B is a cross section taken along the line AA shown in FIG. 2A.
また、図2A〜図2Cに示す軸AXは、ネジ締め装置10の各部の共通する軸である。また、以下の説明では、図中上側(ビット駆動部11の上端側)を末端側と称し、図中下側(ビット20の下端側)を先端側と称する場合がある。さらに、上記したように、ビット駆動部11には、第1ビット駆動部11aおよび第2ビット駆動部11b(図1A参照)の2種類があるが、以下、ビット駆動部11と総称して説明する。
2A to 2C is an axis common to each part of the
図2Aおよび図2Bに示すように、ネジ締め装置10は、ビット駆動部11と、着脱部17と、ビット保持部18と、押圧部27とを備える。なお、ネジ締め装置10は、自動でネジを締め付ける(またはネジを緩めて取り外す)、いわゆるナットランナである。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図2Aおよび図2Bに示すように、ビット駆動部11は、平板状のベース12と、ベース12上面に設けられ、軸AX方向に長い筒状の筐体13とを備える。ベース12上面には、筐体13の他、着脱部17を駆動する第1の駆動源28やロボット70のハンド71(図6参照)に把持されるブロック14等が配設される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
また、筐体13の内部には、ビット駆動部11の末端側からベース12側となる先端側にかけて、モータMa,Mbや減速機G(図6参照)等が配設される。モータMa,Mbには、たとえば、サーボモータを用いる。なお、図示されるビット駆動部11の構成は、上記した第2ビット駆動部11bの構成に相当する。一方、第1ビット駆動部11aは、減速機が排除される点で、第2ビット駆動部11bと構成が相違する(図1A参照)。
In addition, motors Ma and Mb, a reduction gear G (see FIG. 6), and the like are disposed in the
図2Cに示すように、ビット駆動部11は、先端側端面、すなわち、ベース12下面から軸AXと同軸で延出する出力軸15をさらに備える。出力軸15は、モータMa,Mb(図1A参照)から出力される軸AXまわりの回転駆動力をビット保持部18へと出力する。出力軸15は、先端側が矩形軸に形成され、矩形軸となる先端側にトルク伝達軸16が同軸で連結される。
As shown in FIG. 2C, the
このように、ビット駆動部11は、出力軸15(トルク伝達軸16)を介してモータMa,Mb(図1A参照)からの軸AXまわりの回転駆動力をビット保持部18へと出力し、ビット保持部18に保持されるビット20を回転駆動する。
As described above, the
ビット駆動部11(すなわち、第2ビット駆動部11b)では、減速機Gを介してモータMb(図1A参照)からの駆動力をビット保持部18へと出力することで、ネジの締緩に必要なトルクが得られる。また、ビット駆動部11は、締緩されるネジのトルクを検出するトルク検出器TD(図6参照)を備える。
In the bit driving unit 11 (that is, the second
図2Aおよび図2Bに示すように、ビット駆動部11には、ベース12下面に着脱部17が設けられる。着脱部17は、ベース12下面に、ビット駆動部11に対して同軸となるようにビット保持部18を取り付ける。着脱部17は、ビット保持部18を着脱自在とする着脱機構を備える。着脱機構の詳細については、図3A、図3Bを用いて後述する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図2Aおよび図2Bに示すように、ビット保持部18は、円筒状のハウジング19を備え、このハウジング19の先端側にビット20を保持する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
ビット20は、ネジの頭部に係合して、ネジを軸AXまわり(時計まわりまたは反時計まわり)に回転させる。上記したように、ビット20は交換可能であり、ネジの種類やサイズに応じて交換することもあれば、磨耗や劣化で新品と交換することもある。
図2Cに示すように、ビット保持部18は、ソケット21と、ジョイント24とをさらに備える。ビット保持部18は、ハウジング19の内部に配設されるソケット21およびジョイント24を介してビット20を保持する。
As shown in FIG. 2C, the
ソケット21は、筒状に形成され、ハウジング19の内部にこのハウジング19と同軸で配設される。ソケット21の先端側は、このソケット21と同様にハウジング19の内部に同軸で配設されるジョイント24に連結される。
The
ハウジング19の内周面には、軸AXに向けて突出する突出部19aが設けられる。突出部19aは、ソケット21の外周面よりも僅かに大径となるように設けられる。ソケット21は、突出部19aによって軸AX方向に沿うように規制された状態でハウジング19の内部に配設される。
A
ソケット21は、回転部22と直動部23とを備える。回転部22は、ソケット21の筒状本体の外周面と末端側におけるハウジング19の内周面との間に設けられる。回転部22は、軸受であり、ソケット21本体を軸AXまわりに回転可能に支持する。なお、回転部22としては、たとえば、ニードルベアリングを用いることができる。
The
直動部23は、ソケット21本体の内周面に設けられる。この直動部23は、ソケット21を、ソケット21の末端側から軸AX方向に挿入されるトルク伝達軸16に対して軸AX方向に直動可能とし、かつ、軸AXまわりに回転不可能とする。
The
トルク伝達軸16は、ビット駆動部11の出力軸15から出力される軸AXまわりの回転駆動力をビット保持部18へと伝達する。トルク伝達軸16の上面(末端側端面)には、出力軸15の矩形軸と嵌合可能な矩形凹部が設けられる。
The
トルク伝達軸16の外周面には、軸AX方向に伸びる溝、いわゆるスプラインが設けられる。一方、直動部23は、筒状に形成され、筒体の内周面にトルク伝達軸16のスプラインと嵌合するスプラインが設けられる。
A groove extending in the direction of the axis AX, a so-called spline, is provided on the outer peripheral surface of the
このようなスプライン構造の直動部23によって、ソケット21は、軸AX方向の外力に倣ってこの軸AX方向に直動する。ソケット21は、外力が付与されない状態では静止する。また、ソケット21は、軸AX方向については、ビット駆動部11側から動力的に切り離される。
By the
図2Cに示すように、ソケット21の先端側に連結されるジョイント24は、ソケット21が回転するとこれに追従して回転し、ソケット21が直動するとこれに追従して直動する。ジョイント24の先端側にはビット20が着脱可能に連結される。
As shown in FIG. 2C, the joint 24 connected to the distal end side of the
ハウジング19の内周面とソケット21の外周面との間には、それぞれにビット20を軸AX方向に伸ばす場合の芯出しのテーパ部材25,25が設けられる。テーパ部材25,25は、ハウジング19の内周面およびソケット21の外周面に沿って環状に形成され、互いの傾斜面を対向させて配置される。
Between the inner peripheral surface of the
ハウジング19の内周面およびジョイント24の末端側外周縁のそれぞれには、ビット20を軸AX方向に縮める場合の芯出しのテーパ部26,26が設けられる。テーパ部26,26は、ハウジング19の内周面およびジョイント24の外周縁に沿って互いの傾斜面を対向させて設けられる。
Centering
また、ハウジング19の内部には、ソケット21を先端側へと押圧する押圧部27が設けられる。押圧部27は、たとえば、圧縮コイルばねであり、ソケット21の末端側に同軸で配設される。
In addition, a
ソケット21は、押圧部27であるばねによって、直動部23を介して先端側へと常時付勢される。すなわち、ソケット21およびジョイント24と軸AX方向に一体的に連結されるビット20は、ソケット21とジョイントとを介して押圧部27の付勢力によって先端側へと押圧される。
The
ここから、図3Aおよび図3Bを参照して着脱部の着脱機構について説明する。図3Aは、着脱部の着脱機構(ビット保持部の装着前)を示す断面図である。図3Bは、着脱部の着脱機構(ビット保持部の装着後)を示す断面図である。 From here, with reference to FIG. 3A and FIG. 3B, the attachment / detachment mechanism of an attachment / detachment part is demonstrated. FIG. 3A is a cross-sectional view showing an attaching / detaching mechanism of the attaching / detaching portion (before attaching the bit holding portion). FIG. 3B is a cross-sectional view showing the attaching / detaching mechanism of the attaching / detaching portion (after the bit holding portion is attached).
図3Aに示すように、着脱部17は、第1の駆動源としての一対のエアシリンダ28,28を備える。一対のエアシリンダ28,28は、ビット駆動部11側となるベース12上面において軸AXの同心円上に180度の位相差で配設される。
As shown in FIG. 3A, the
一対のエアシリンダ28,28のそれぞれの伸縮ロッド28a,28aは、ベース12を貫通して先端側がビット保持部18側に配置される。伸縮ロッド28a,28aは、先端側がビット保持部18側でフローティングジョイント29,29に連結される。
The
フローティングジョイント29,29は、短筒状の円形受部30の外周面に設けられたフランジ部31に連結される。円形受部30は、軸AX方向に伸縮可能に設けられ、伸縮ロッド28a,28aの伸縮に追従して軸AX方向に伸縮する。
The floating joints 29 and 29 are connected to a
円形受部30には、先端側端面に円形凹部32が設けられる。円形凹部32の内周面は、拡径するように傾斜して設けられたテーパ面33である。また、円形受部30には、ビット駆動部11側からビット保持部18側まで連通する連通穴34が設けられる。
The
連通穴34には、筒部35が嵌入される。筒部35には、ビット保持部18の装着状態においてビット駆動部11の出力軸15が挿通される。筒部35の先端側内周縁には、拡径するようにテーパ面36が設けられる。
A
筒部35の内周面には、厚さ方向に貫通する貫通穴37が設けられる。貫通穴37には、鋼球38が配設される。貫通穴37の内周面側の開口径は、鋼球38の径よりも小径に形成される。鋼球38は、エアシリンダ28,28の伸縮ロッド28a,28aが縮んだ状態では、テーパ面36によって形成される空間に退避した状態にある。
A through
一方、ビット保持部18側には、ビット保持部18の末端側端面にフランジ部39が設けられる。フランジ部39の末端側端面には、本体部11側の円形凹部32に嵌入可能な円形凸部40が設けられる。
On the other hand, on the
円形凸部40の末端側端面には、本体部11側の筒部35に嵌入可能な筒部41が設けられる。筒部41の外周面には、末端側にV字溝42が設けられる。円形凸部40の側周面には、末端側端面に向けて縮径するように傾斜したテーパ面43が設けられる。
A
図3Bに示すように、ビット駆動部11にビット保持部18が取り付けられると、ビット駆動部11側の筒部35にビット保持部18側の筒部41が嵌入された状態となる。筒部41には、出力軸15が挿通される。出力軸15は、筒部41の内周面を経て、ハウジング19の内部に進入し、先端側がトルク伝達軸16の末端側と連結される。
As shown in FIG. 3B, when the
このとき、ビット保持部18側の筒部41が鋼球38の位置まで到達すると、エアシリンダ28,28の駆動によって伸縮ロッド28a,28aがビット保持部18側へと伸張する。
At this time, when the
伸縮ロッド28a,28aが伸びた状態では、貫通穴37に配設される鋼球38が連通穴34の内周面によって筒部35の内周面側に所定寸法押し出される。なお、鋼球38は、貫通穴37の内周面側の径が鋼球38の径よりも小径であることから、所定寸法以上の突出が規制される。
In a state where the
所定寸法突出した鋼球38は、ビット保持部18側の筒部41に設けられたV字溝42に嵌り込む。鋼球38がV字溝42に嵌り込むと、ビット駆動部11側筒部35のテーパ面36とビット保持部18側の筒部41のテーパ面43とが当接する。
The
これにより、鋼球38がV字溝42を押す力と、ビット駆動部11側の筒部35のテーパ面36がビット保持部18側の筒部41のテーパ面43を押す力とで、ビット保持部18がビット駆動部11にロックされる。このようないわゆるカプラ構造の着脱機構によって、ビット駆動部11に対してビット保持部18は着脱自在に取り付けられる。また、単純な動作によって容易に着脱が可能となる。
As a result, the force by which the
また、図示しないが、着脱部17は、ビット保持部18の装着時または装着後に、ビット駆動部11とビット保持部18とが軸AXまわりに相対回転することを防ぐための位置決め機構を備える。
Although not shown, the attachment /
着脱部17は、位置決め機構として、位置決めピンと、ブッシュとを備える。位置決めピンは、ビット駆動部11のベース13下面から先端側へと突出する軸状に形成される。また、ブッシュは、ビット保持部18のフランジ部39に設けられた貫通穴に取り付けられるとともに、位置決めピンを挿通可能に設けられる。なお、ブッシュが設けられる位置は、ビット保持部18の装着後に位置決めピンの位置と対応する位置である。
The
また、ビット保持部18の装着時には、出力軸15の先端側(矩形軸)とトルク伝達軸16の矩形凹部との位相が合致する必要がある。図示しないが、着脱部17は、たとえば、ドグやセンサを用いた位相合わせ機構を備える。
Further, when the
ここで、図2A〜図2Cに戻り、ネジの把持機構について説明する。図2Aおよび図2Bに示すように、ネジ締め装置10は、ネジ把持機構として、第2の駆動源50と、アーム52と、チャック54とをさらに備える。
Here, returning to FIGS. 2A to 2C, the screw holding mechanism will be described. 2A and 2B, the
図2Bに示すように、第2の駆動源としてのエアシリンダ50は、シリンダから軸AX方向に伸縮する伸縮ロッド50aを備える。伸縮ロッド50aの先端側には、ばね部51が連結される。ばね部51は、シリンダの内部にばね51aとロッド51bとを備える。なお、ばね51aとしては、たとえば、圧縮コイルばねを用いることができる。
As shown in FIG. 2B, the
また、エアシリンダ50とばね部51とは、軸AX方向と平行に同軸で配置される。ばね部51は、先端側において、ばね51aに付勢されたロッド51bがアーム52に連結される。
Further, the
図2Aおよび図2Bに示すように、アーム52は、矩形板状に形成される。アーム52には、ビット保持部18のハウジング19側に近接するように屈曲部が設けられる。アーム52とハウジング19との間には、アーム52の軸AX方向と平行方向への直動をガイドするリニアガイド53が設けられる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
アーム52は、先端側においてチャック54のリンク部に連結される。チャック54は、一対の腕部54a,54aおよび爪部54b,54bを備える。なお、腕部54a,54aは、それぞれ複数(3つ)の軸を備える。腕部54a、爪部54bおよび軸によってリンク部が形成される。
The
図2Bに示すように、エアシリンダ50では、伸縮ロッド50aの伸縮によって、アーム52を介してチャック54を開閉する。ばね部51は、チャック54を開くように常時付勢する。これにより、チャック54のネジ把持時に適度なグリップ力が得られる。
As shown in FIG. 2B, in the
なお、チャック54は、軸AXまわりに回転可能に設けられる。したがって、図2Bにおいて、チャック54は、アーム52の厚さ方向と直交する方向に開閉するが、同図において、たとえば、チャック54をアーム52の厚さ方向と平行な方向に開閉させることもできる。
The
ここから、図4を参照してネジ把持時の各部動作について説明する。図4は、ネジ把持時における各部動作の説明図である。なお、図4において、図の上半部には、ネジにビットを係合させた状態を示し、下半部には、そこからチャックを閉じてネジを把持した状態を示す。 From here, with reference to FIG. 4, operation | movement of each part at the time of screw holding is demonstrated. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of each part during screw gripping. In FIG. 4, the upper half of the figure shows a state where the bit is engaged with the screw, and the lower half shows a state where the chuck is closed and the screw is gripped from there.
図4(上半部)に示すように、ネジ締め装置10を軸AX方向に沿って先端側に移動させ、ネジ台61に設置されたネジ60に向けて近接させると(図4では、下降させると)、ビット20の先端側がネジ60の頭部(上端面)に係合される。このとき、チャック54は開いた状態である。すなわち、対向する一対の脚部54a,54aおよび爪部54b,54bの一方と他方とが離間した状態である。なお、ネジ台61に設置されたネジ60の先には図示しないネジ穴がある。
As shown in FIG. 4 (upper half), when the
そして、図4(下半部)に示すように、ネジ締め装置10をさらに先端側に移動させると、ビット20が末端側へとネジ60の長さに応じた距離移動する。このとき、チャック54は閉じた状態となる。すなわち、対向する一対の爪部54b,54bが近接し、爪部54b,54bによってネジ60の頭部(側周面側および下面の一部)を把持した状態となる。
Then, as shown in FIG. 4 (lower half), when the
チャック54は、ネジ締め装置10によってネジ60を締める場合、ネジ60に係合されたビット20が、押圧部としてのばね27(図2C参照)の押圧に抗してビット保持部18の末端側にネジ60の長さ分だけ移動した状態で閉じる。また、閉じたチャック54は、ビット20がネジ60を締めるために回転を開始するまでには開く。
When the
また、チャック54は、ネジ締め装置10によってネジを緩める場合にネジ60緩めが完了すると、ビット20が押圧部としてのばね27(図2C参照)の押圧に抗してビット保持部18の末端側にネジ60の長さ分だけ移動した状態、かつ、ビットの回転が停止した状態で閉じる。
Further, when the
このように、チャック54の開閉タイミングを制御することで、ネジ締め装置10によってネジ60を締めるまたは緩める場合にビット20による押圧でネジ60が飛び出すことを確実に防止することができる。
In this way, by controlling the opening and closing timing of the
なお、チャック54を開閉させるタイミングは、後述する制御装置80(図6参照)が制御するように構成されてもよい。また、チャック54の開閉専用の制御装置を別途設け、このような制御装置によって制御するように構成されてもよい。
Note that the timing for opening and closing the
次に、図5を参照してネジ把持時におけるビット保持部の各部動作を説明する。図5は、ネジ把持時におけるビット保持部の断面図である。 Next, the operation of each part of the bit holding unit when holding the screw will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the bit holding portion when gripping a screw.
図5に示すように、ネジ60把持時、ビット保持部18では、ハウジング19の内部においてビット20が軸AX方向に沿って末端側へと移動(直動)する。これにより、ジョイント24を介してビット20と軸AX方向に並んで一体的に連結されたソケット21が末端側へと移動する。
As shown in FIG. 5, when gripping the
このとき、ソケット21は、スプライン構造の直動部23にガイドされながら直動する。ソケット21(直動部23)の末端側への移動によって、押圧部としてのばね27が圧縮され、ソケット21およびジョイント24を介して先端側のビット20を押圧する。これにより、ビット20は、ネジ60に常に押し付けられた状態となる。
At this time, the
このようなネジ締め装置10によれば、ビット20をビット保持部18の先端側へと常時押圧する押圧部27をビット保持部18に備えることによって、締緩されるネジ60の軸AX方向の移動にビット20を追従させることができる。これにより、これまでネジ60の軸AX方向の移動に追従させるために必要であった駆動源や伝達機構が不要となり、ビット保持部18を小径にすることができる。また、ネジ締め装置10全体としても、構造簡素で小型となる。
According to such a
また、押圧部27がビット保持部18(ハウジング19)の内部に設けられることによって、ビット保持部18をさらに小径にすることができる。また、押圧部27にばねのような簡素な部材を用いることによって、ネジ締め装置10を構成簡素で小型、そして、安価にすることができる。
In addition, since the
また、ネジ締め装置10では、着脱部17を駆動する第1の駆動源(エアシリンダ)28がビット駆動部11側に設けられるため、ビット保持部18がさらに小径となり、ネジ締め装置10としてもさらに構造簡素で小型となる。
Further, in the
ここから、図6を参照してネジ締めシステム1のシステム構成について説明する。図6は、ネジ締めシステム1のシステム構成図である。なお、図6には、説明を分かりやすくするために、鉛直下向きを正方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。 From here, the system configuration | structure of the screw fastening system 1 is demonstrated with reference to FIG. FIG. 6 is a system configuration diagram of the screw tightening system 1. FIG. 6 shows a three-dimensional orthogonal coordinate system including the Z axis with the vertical downward direction as the positive direction for easy understanding.
図6に示すように、ネジ締めシステム1は、上記したネジ締め装置10の他、ロボット70と、制御装置80とをさらに備える。また、ネジ締めシステム1は、ネジを締め付けるまたは緩めて外す作業台62を備える。作業台62では、ネジ台61にネジ60が設置される(図4参照)。
As shown in FIG. 6, the screw tightening system 1 further includes a
図6に示すように、ロボット70は、たとえば、単腕型の多関節ロボットである。具体的には、ロボット70は、上記したハンド71と、第1アーム部72と、第2アーム部73と、第3アーム部74と、第4アーム部75と、第5アーム部76と、基台部77とを備える。なお、ロボット70は、たとえば、双腕ロボットでもよい。
As shown in FIG. 6, the
第1アーム部72は、基端部を第2アーム部73によって支持される。第2アーム部73は、基端部を第3アーム部74によって支持され、先端部において第1アーム部72を支持する。
The
第3アーム部74は、基端部を第4アーム部75によって支持され、先端部において第2アーム部73を支持する。第4アーム部75は、基端部を第5アーム部76によって支持され、先端部において第3アーム部74を支持する。
The
第5アーム部76は、床面等に固定された基台部77によって基端部を支持され、先端部において第4アーム部75を支持する。また、第1アーム部72〜第5アーム部76の各連結部分である各関節部にはそれぞれサーボモータ等のアクチュエータが搭載される。ロボット70は、アクチュエータの駆動によって多軸動作を行うことができる。
The
具体的には、第1アーム部72および第2アーム部73を連結する関節部のアクチュエータは、第1アーム部72をB軸まわりに回転させる。また、第2アーム部73および第3アーム部74を連結する関節部のアクチュエータは、第2アーム部73をU軸まわりに回転させる。
Specifically, the joint actuator that connects the
また、第3アーム部74および第4アーム部75を連結する関節部のアクチュエータは、第3アーム部74をL軸まわりに回転させる。また、第4アーム部75および第5アーム部76を連結する関節部のアクチュエータは、第4アーム部75をS軸まわりに回転させる。
In addition, the joint actuator that connects the
また、ロボット70は、第1アーム部72をT軸まわりに、第2アーム部73をR軸まわりに、第3アーム部74をE軸まわりに、それぞれ回転させる個別のアクチュエータを備える。
The
すなわち、ロボット70は、7軸を有する。そして、ロボット70は、後述する制御装置80の制御部90(図8参照)からの動作指示に基づき、7軸を組み合わせた多様な多軸動作を行うことができる。
That is, the
第1アーム部72の先端部は、ロボット70の先端可動部であり、この先端可動部には、ハンド71が取り付けられる。ハンド71は、ロボット70の最先端部でネジ締め装置10のブロック14(図2A等参照)を把持する。
The distal end portion of the
図6に示すように、制御装置80は、いわゆるロボットコントローラであり、ロボット70のハンド71および各アーム部72〜76を含む各関節部のアクチュエータを駆動制御する。制御装置80とロボット70とは、ケーブル78等によって接続される。
As shown in FIG. 6, the
また、制御装置としてのロボットコントローラ80は、第1ビット駆動部11aを駆動制御する。ロボットコントローラ80と第1ビット駆動部11aとは、ケーブル79等によって接続される。なお、第2ビット駆動部11bについては、後述する専用制御装置81,82(図7参照)が駆動制御する。
The
図6に示すように、2種類のビット駆動部11のうち、第1ビット駆動部11aは、モータMaを備える。また、第2ビット駆動部11bは、モータMbと、減速機Gと、トルク検出器TDとを備える。第2ビット駆動部11bでは、モータMb、減速機G、トルク検出器TDが直列に並んで配設される。
As shown in FIG. 6, of the two types of
第1ビット駆動部11aまたは第2ビット駆動部11bは、いずれかがハンド71に選択的に把持される。なお、図6では、第1ビット駆動部11aが選択された例を示している。そして、選択された第1ビット駆動部11aには、ビット20を保持したビット保持部18が取り付けられる。
Either the first
ここから、図7を参照してネジ締めシステムの制御構成について説明する。図7は、ネジ締めシステムの制御構成図である。図7に示すように、制御装置としてのロボットコントローラ80は、ロボット70を駆動制御するとともに、第1ビット駆動部11aを駆動制御する。なお、ロボットコントローラ80は、第2ビット駆動部11bを駆動制御することもできる。
From here, the control configuration of the screw tightening system will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a control configuration diagram of the screw tightening system. As shown in FIG. 7, the
図7に示すように、ロボットコントローラ80は、ロボット70の各関節部を駆動制御するとともに、先端関節部を介してハンド71を駆動制御する。また、ロボットコントローラ80は、ハンド71に把持された第1ビット駆動部11aを駆動制御する。詳細には、第1ビット駆動部11aのモータMaをロボット70の外部軸として駆動制御する。
As shown in FIG. 7, the
また、図7に示すように、ネジ締めシステム1は、ロボットコントローラ80と第2ビット駆動部11bとの間に、第2ビット駆動部11b専用の制御装置として、プログラマブルコントローラ81およびナットランナコントローラ82をさらに備える。
Further, as shown in FIG. 7, the screw tightening system 1 includes a
上記したように、第2ビット駆動部11bは、高トルクの回転駆動力を出力するため、精密な駆動制御が必要となる。そのため、第2ビット駆動部11bは、トルク検出器TDを備える。トルク検出器TDで検出されるトルクの値は、ナットランナコントローラ82を介してプログラマブルコントローラ81へと出力される。
As described above, since the second
トルク検出器TDによって検出されるトルクが本締め工程終了を示す規定のトルクに到達すると、プログラマブルコントローラ81から第2ビット駆動部11bのモータMbへと駆動停止の信号が出力される。
When the torque detected by the torque detector TD reaches a predetermined torque indicating the end of the final tightening process, a drive stop signal is output from the
図7に示すように、第2ビット駆動部11bは、ロボットコントローラ80の制御系統に含まれる。そのため、ロボットコントローラ80またはプログラマブルコントローラ81のいずれかによって第2ビット駆動部11bを駆動制御することができる。なお、その選択はユーザが適宜設定することとしてもよい。また、第2ビット駆動部11bの駆動制御をロボットコントローラ80の制御系統ではなく、プログラマブルコントローラ81による別系統の制御系統としてもよい。
As shown in FIG. 7, the second
このようなネジ締めシステム1では、ネジの締付け作業において、まず、ロボット70は、第1ビット駆動部11aを選択し、ハンド71によって第1ビット駆動部11aを把持する。次に、ロボット70は、ハンド71に把持された第1ビット駆動部11aに対してビット保持部18を取り付ける。なお、ビット保持部18の着脱は、ロボットコントローラ80が第1の駆動源としての一対のエアシリンダ28,28(図3A等参照)を駆動制御して行う。
In such a screw tightening system 1, in the screw tightening operation, first, the
そして、ロボット70は、ネジの仮締め作業を行う。仮締めが終了すると、まず、ロボット70は、第1ビット駆動部11aからビット保持部18を取り外す。次に、ロボット70は、ハンド71による第1ビット駆動部11aの把持を解除する。次に、ロボット70は、第2ビット駆動部11bを選択し、ハンド71によって第2ビット駆動部11bを把持する。すわなち、ロボット70は、第1ビット駆動部11aを第2ビット駆動部11bに持ち替える。
Then, the
そして、ロボット70は、ネジの本締め作業を行う。本締めが終了、すなわち、ネジ締め作業が完了すると、ロボット70は、たとえば、次のネジ締め作業へと移行するために再び第1ビット駆動部11aに持ち替える。
Then, the
ここから、図8を参照してネジ締めシステムに含まれる制御装置(ロボットコントローラ)、ロボット、第1ビット駆動部および第2ビット駆動部の内部構成について説明する。図8は、ネジ締めシステムの機能ブロック図である。なお、図8には、上記各部の内部構成の一例を示しているとともに、ネジの締付けに係る構成要素のみを示している。 From here, the internal configuration of the control device (robot controller), the robot, the first bit driving unit, and the second bit driving unit included in the screw tightening system will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a functional block diagram of the screw tightening system. FIG. 8 shows an example of the internal configuration of each part described above, and shows only the components related to screw tightening.
図8に示すように、制御装置としてのロボットコントローラ80は、制御部90を備える。制御部90は、指示部91と、取得部92と、判定部93とを備える。指示部91は、図示しない教示部からの教示情報等に基づき、ロボット70のハンド71や各アーム部72〜76を動作させる信号を出力する。
As shown in FIG. 8, the
また、指示部91は、第1ビット駆動部11aのモータ(たとえば、サーボモータ)Maへと駆動信号を出力する。第1ビット駆動部11aでは、駆動信号が入力されると、モータMaが回転する。ネジ締めシステム1では、たとえば、モータMaの出力トルクが設定値に到達したか否かを判断する。そのため、取得部92にはモータMaの出力トルクを知らせる検出信号が入力される。
The instruction unit 91 outputs a drive signal to the motor (for example, servo motor) Ma of the first
取得部92は、検出信号を判定部93へと出力する。判定部93では、モータMaの出力トルクが設定値に到達すると、指示部91へと信号を出力する。指示部91では、判定部93からの信号が入力されると、モータMaへと停止信号を出力する。これにより、モータMaは停止し、ネジの仮締めが終了する。
The
図8に示すように、第2ビット駆動部専用の制御装置としてのプログラマブルコントローラ81は、指示部94と、取得部95と、判定部96とを備える。また、同じく、第2ビット駆動部専用の制御装置としてのナットランナコントローラ82は、指示部97を備える。
As shown in FIG. 8, the
プログラマブルコントローラ81では、指示部94は、ナットランナコントローラ82の指示部97を介して第2ビット駆動部11bのモータMbへと駆動信号を出力する。第2ビット駆動部11bでは、駆動信号が入力されると、モータMbが回転する。ネジ締めシステム1では、トルク検出器TDによって検出されたトルクが規定トルクに達すると、ネジの本締めが終了する。そのため、トルク検出器TDからプログラマブルコントローラ81の取得部95へと検出トルクを知らせる検出信号が出力される。
In the
取得部95は、検出信号を判定部96へと出力する。判定部96では、トルクが規定トルクに到達すると、指示部94へと信号を出力する。指示部94では、判定部96からの信号が入力されると、ナットランナコントローラ82の指示部97へと指示信号を出力する。ナットランナコントローラ82の指示部97は、指示信号が入力されると、モータMbへと停止信号を出力する。
The
これにより、モータMbは停止し、ネジの本締めが終了する。なお、プログラマブルコントローラ81の指示部94は、ロボットコントローラ80の指示部91へと本締め終了を知らせる信号を出力する。これにより、ロボット70は、たとえば、次のネジ締め作業の動作へと移ることができる。
As a result, the motor Mb stops and the final tightening of the screw is completed. The
実施形態に係るネジ締めシステム1によれば、ロボット70が、ネジの仮締めに高回転数の第1ビット駆動部11aを用いるため、ネジの仮締めを高速で行うことができる。この結果、ネジ締めにかかる時間を短縮することができる。なお、たとえば、出力回転数が3000rpmの場合、ピッチ1mm、長さ50mmのネジのネジ締めには、1秒/本を要し、ネジを30本締める場合にかかる時間は30秒程度となる。
According to the screw tightening system 1 according to the embodiment, since the
また、ネジ締めシステム1によれば、ビット保持部18を、第1ビット駆動部11aあるいは第2ビット駆動部11bに着脱自在とするとともに、第1ビット駆動部11aと第2ビット駆動部11bとで共用することで、部品点数を少なくすることができる。
Further, according to the screw tightening system 1, the
また、ネジ締めシステム1によれば、制御装置としてのロボットコントローラ80が、ハンド71に把持された第1ビット駆動部11aのモータMaをロボット70の外部軸として駆動制御するため、簡素な構成となる。
Further, according to the screw tightening system 1, the
なお、上述したネジ締めシステム1では、ロボット70が、単腕型の多関節ロボットであるが、これに限定されない。ロボット70は、双腕ロボットであってもよい。双腕ロボットとすることで、たとえば、一方の腕に第1ビット駆動部11aが把持され、他方の腕に第2ビット駆動部11bが把持される。そして、ネジの仮締めを一方の腕で行い、本締めを他方の腕で行うことができる。
In the screw tightening system 1 described above, the
これにより、第1ビット駆動部11aから第2ビット駆動部11bへと持ち替えることに要する時間をなくすことができ、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。
As a result, the time required for switching from the first
ここから、図9を参照してネジ締めシステムによるネジ締め方法について説明する。図9は、ネジ締め方法の手順を示すフローチャートである。以下で説明するネジ締め方法は、ネジの仮締め工程と、本締め工程とを備える。 From here, with reference to FIG. 9, the screw fastening method by a screw fastening system is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the screw tightening method. The screw tightening method described below includes a screw temporary tightening step and a final tightening step.
図9に示すように、まず、ロボットは、第1ビット駆動部を選択し、ハンドによって第1ビット駆動部を把持する(ステップS101)。次に、ロボットは、ハンドによって把持された第1ビット駆動部にビット保持部を取り付ける(ステップS102)。そして、ネジの仮締めを開始する(ステップS103)。 As shown in FIG. 9, first, the robot selects the first bit driving unit and holds the first bit driving unit with the hand (step S101). Next, the robot attaches the bit holding unit to the first bit driving unit held by the hand (step S102). Then, the temporary tightening of the screw is started (step S103).
仮締め開始後、モータMaの出力トルクが設定値に到達したか否かを判定する(ステップS104)。設定値に到達したと判定されると(ステップS104,Yes)、ネジの仮締めが終了する(ステップS105)。なお、ステップS104において、設定値に到達していないと判定されると(ステップS104,No)、設定値に到達するまでステップS104を繰り返すこととなる。 After the start of temporary fastening, it is determined whether or not the output torque of the motor Ma has reached a set value (step S104). If it is determined that the set value has been reached (step S104, Yes), the temporary tightening of the screw ends (step S105). If it is determined in step S104 that the set value has not been reached (No in step S104), step S104 is repeated until the set value is reached.
図9に示すように、ネジの仮締め工程が終了すると、ロボットは、第1ビット駆動部からビット保持部を取り外す(ステップS106)。次に、ロボットは、ハンドに把持された第1ビット駆動部の把持を解除する(ステップS107)。次に、ロボットは、第2ビット駆動部を選択し、ハンドによって第2ビット駆動部を把持する(ステップS108)。すなわち、ロボットは、第1ビット駆動部から第2ビット駆動部へと持ち替える。 As shown in FIG. 9, when the temporary tightening process of the screw is completed, the robot removes the bit holding unit from the first bit driving unit (step S106). Next, the robot releases the grip of the first bit drive unit gripped by the hand (step S107). Next, the robot selects the second bit driving unit and grips the second bit driving unit with the hand (step S108). That is, the robot switches from the first bit driving unit to the second bit driving unit.
次に、ロボットは、ハンドによって把持された第2ビット駆動部に、ステップS106において取り外したビット保持部を取り付ける(ステップS109)。そして、ネジの本締めを開始する(ステップS110)。 Next, the robot attaches the bit holding unit removed in step S106 to the second bit driving unit held by the hand (step S109). Then, the final tightening of the screw is started (step S110).
本締め開始後、トルク検出器TDからの出力値(ネジ締めトルク)が規定トルクに達したか否かを判定する(ステップS111)。規定トルクに達したと判定されると(ステップS111,Yes)、ネジの本締めが終了する(ステップS112)。これにより、ネジの本締め工程が終了する。すなわち、ネジの締付け作業が完了する。なお、ステップS111において、規定トルクに達していないと判定されると(ステップS111,No)、規定トルクに達するまでステップS111を繰り返すこととなる。 After the start of the final tightening, it is determined whether or not the output value (screw tightening torque) from the torque detector TD has reached the specified torque (step S111). When it is determined that the specified torque has been reached (step S111, Yes), the final tightening of the screw is finished (step S112). Thereby, the final tightening process of the screw is completed. That is, the screw tightening operation is completed. If it is determined in step S111 that the specified torque has not been reached (No in step S111), step S111 is repeated until the specified torque is reached.
実施形態に係るネジ締め方法によれば、ロボットは、ネジの仮締めを高回転数の回転駆動力を出力する第1ビット駆動部を用いて行い、本締めを高トルク(低回転数)の回転駆動力を出力する第2ビット駆動部を用いて行う。これにより、仮締めに要する時間を大幅に短くすることができ、ネジ締めにかかる時間を短縮することができる。この結果、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができる。 According to the screw tightening method according to the embodiment, the robot performs temporary tightening of the screw by using the first bit driving unit that outputs a rotational driving force at a high rotational speed, and performs final tightening with a high torque (low rotational speed). This is performed using a second bit driving unit that outputs a rotational driving force. Thereby, the time required for temporary tightening can be significantly shortened, and the time required for screw tightening can be shortened. As a result, the tact time of the entire assembly process including the screw tightening process can be shortened.
なお、上記したネジ締め方法以外の方法として、たとえば、ネジが複数ある場合には、ロボットが、第1ビット駆動部を用いてすべてのネジの仮締めを行った後に、第2ビット駆動部に持ち替えてすべてのネジを本締めするという方法がある。 In addition, as a method other than the above-described screw tightening method, for example, when there are a plurality of screws, the robot temporarily tightens all the screws using the first bit driving unit and then the second bit driving unit. There is a method of holding and tightening all screws.
また、ロボットが双腕ロボットである場合には、一方の腕に把持された第1ビット駆動部を用いてネジの仮締めを行い、他方の腕に把持された第2ビット駆動部を用いて本締めを行うという方法もある。このようなネジ締め方法によれば、第1ビット駆動部から第2ビット駆動部へと持ち替える動作を省略することができ、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。 Further, when the robot is a double-arm robot, the screw is temporarily tightened using the first bit driving unit held by one arm, and the second bit driving unit held by the other arm is used. There is also a method of performing final fastening. According to such a screw tightening method, the operation of switching from the first bit driving unit to the second bit driving unit can be omitted, and the time required for screw tightening can be further shortened.
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
1 ネジ締めシステム
10 ネジ締め装置
11 ビット駆動部
11a 第1ビット駆動部(エアシリンダ)
11b 第2ビット駆動部(エアシリンダ)
15 出力軸
16 トルク伝達軸
17 着脱部
18 ビット保持部
20 ビット
22 回転部
23 直動部
27 押圧部(ばね)
70 ロボット
71 ハンド
72 第1アーム部
73 第2アーム部
74 第3アーム部
75 第4アーム部
76 第5アーム部
80 制御装置(ロボットコントローラ)
81 第2ビット駆動部専用の制御装置(プログラマブルコントローラ)
82 第2ビット駆動部専用の制御装置(ナットランナコントローラ)
AX 軸
Ma モータ
Mb モータ
G 減速機
TD トルク検出器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11b Second bit drive unit (air cylinder)
DESCRIPTION OF
70
81 Control device (programmable controller) dedicated to the second bit drive unit
82 Dedicated control device for the 2nd bit drive unit (Nutrunner controller)
AX Shaft Ma Motor Mb Motor G Reducer TD Torque detector
Claims (8)
前記ロボットを駆動制御する制御装置と、
前記ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する第1ビット駆動部と、
前記ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する第2ビット駆動部と、
前記第1ビット駆動部あるいは前記第2ビット駆動部の少なくともいずれかに取り付けられ、入力された前記回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持するビット保持部と
を備え、
前記第2ビット駆動部を駆動制御する専用制御装置と、
前記第2ビット駆動部に設けられ、該第2ビット駆動部によって締緩されるネジのトルクを検出し、検出したトルクの値を前記専用制御装置へと出力するトルク検出器と
をさらに備えること
を特徴とするネジ締めシステム。 An articulated robot having a hand at the tip;
A control device for driving and controlling the robot;
A first bit driving unit that is selectively gripped by the hand and directly outputs a rotational driving force by a motor;
A second bit driving unit selectively gripped by the hand and outputting a rotational driving force by a motor via a speed reducer;
A bit holding unit that is attached to at least one of the first bit driving unit and the second bit driving unit and holds a bit that rotates about an axis by the input rotational driving force ;
A dedicated control device for driving and controlling the second bit driving unit;
A torque detector provided in the second bit driving unit for detecting a torque of a screw tightened or loosened by the second bit driving unit and outputting a value of the detected torque to the dedicated control device;
A screw tightening system characterized by further comprising:
前記第1ビット駆動部あるいは前記第2ビット駆動部に着脱自在に取り付けられ、前記第1ビット駆動部と前記第2ビット駆動部との間で共用されること
を特徴とする請求項1に記載のネジ締めシステム。The bit holding unit is
The first bit driving unit or the second bit driving unit is detachably attached to the first bit driving unit or the second bit driving unit, and is shared between the first bit driving unit and the second bit driving unit. Screw tightening system.
前記ビットを前記回転駆動力によって軸まわりに回転させる回転部と、
前記ビットを外力に倣って前記軸方向に直動させる直動部と、
前記直動部を該ビット保持部の先端側へ押圧する押圧部と
を備えること
を特徴とする請求項1に記載のネジ締めシステム。The bit holding unit is
A rotating unit that rotates the bit around an axis by the rotational driving force;
A linear motion portion that linearly moves the bit in the axial direction following external force;
The screw tightening system according to claim 1, further comprising: a pressing portion that presses the linear motion portion toward a tip side of the bit holding portion.
前記第1ビット駆動部を用いてネジの仮締めを行い、
前記第2ビット駆動部を用いて仮締めされた前記ネジの本締めを行うこと
を特徴とする請求項1に記載のネジ締めシステム。The robot is
Using the first bit driving unit, temporarily tighten the screw,
The screw tightening system according to claim 1, wherein the screw that has been temporarily tightened using the second bit driving unit is tightened.
前記ハンドによって前記第1ビット駆動部を把持して該第1ビット駆動部に前記ビット保持部を取り付けて前記仮締めを行い、
前記ハンドによって前記第2ビット駆動部を把持して該第2ビット駆動部に前記ビット保持部を取り付けて前記本締めを行うこと
を特徴とする請求項4に記載のネジ締めシステム。The robot is
Holding the first bit driving unit by the hand and attaching the bit holding unit to the first bit driving unit to perform the temporary fastening,
The screw tightening system according to claim 4, wherein the second bit driving unit is gripped by the hand and the bit holding unit is attached to the second bit driving unit to perform the final tightening.
双腕ロボットであること
を特徴とする請求項1に記載のネジ締めシステム。The robot is
The screw tightening system according to claim 1, wherein the screw tightening system is a double-arm robot.
前記第1ビット駆動部の前記モータを前記ロボットの外部軸として駆動制御すること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のネジ締めシステム。The controller is
The screw tightening system according to any one of claims 1 to 6, wherein the motor of the first bit driving unit is driven and controlled as an external shaft of the robot.
前記第2ビット駆動部を用いて仮締めされた前記ネジを本締めする本締め工程と
を含むことを特徴とするネジ締め方法。 An articulated robot having a hand at the tip, a control device for driving and controlling the robot, a first bit driving unit that is selectively gripped by the hand and directly outputs a rotational driving force by a motor, and selected by the hand A second bit driving unit that is gripped and outputs a rotational driving force by a motor via a speed reducer, and is attached to the first bit driving unit or the second bit driving unit, and the input rotational driving force A bit holding unit that holds a bit that rotates about an axis, and is provided in the second bit driving unit and controlled by the second bit driving unit, and is tightened by the second bit driving unit. the first bit in the screw fastening system further comprises a torque detector for detecting a torque of the screw, and outputs a value of the detected torque to the dedicated control unit being A temporary tightening step of temporarily tighten the screw with moving parts,
And a final tightening step of final tightening the screw temporarily tightened using the second bit driving unit.
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