JP6367859B2 - ネジ締めロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボット用ネジ締め装置およびネジ締めロボットシステムに関するものである。

従来、ネジ供給機構をドライバビットの軸上に備えたネジ締め機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このネジ締め機は、固定された軸に沿って上下動させられるドライバビットの下方に水平方向に傾斜した滑走面をネジの座面で滑降させるネジシュートを備え、ネジシュートの上流に接続されたネジカセットからネジシュートにネジが供給されるようになっている。

特開２０１１−２４５５８１号公報

しかしながら、特許文献１のネジ締め機は、ドライバビットの作動軸が固定されているためネジシュートにネジカセットを接続しておくことができるが、ナットランナを移動させてネジの締結を行うネジ締めロボットでは、ネジを常時供給するネジカセットを接続しておくことはできないという不都合がある。

また、移動するナットランナに対して可動チューブを使用してネジを供給する方法もあるが、ネジが短い場合には、チューブ内で回転したり詰まったりする不都合がある。
さらに、ロボットの動作によりナットランナによってネジを１つずつ取りに行くこともできるが、無駄な動作であり、タクトタイムが延びてしまうという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、タクトタイムの増大を抑えつつ、複数箇所のネジ締めを行うことができるロボット用ネジ締め装置およびネジ締めロボットシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ロボットのアーム先端に取り付けられ、ネジを１つずつ締め付けるナットランナと、該ナットランナに供給する前記ネジを複数収容するネジマガジンと、該ネジマガジンのネジ取り出し位置を前記ナットランナの下方に挿脱させるマガジン挿脱機構とを備え、前記ネジマガジンが、複数の前記ネジを並列に一列に並べた状態で首下部分を貫通させるスリット状の開口を有し、各前記ネジの座面に接触して懸垂状態に支持する平坦な支持面を備えるロボット用ネジ締め装置を提供する。

本態様によれば、ネジマガジンに複数本のネジを収容すると、各ネジはネジマガジンに設けられた支持面のスリット状の開口に首下部分を貫通させて、座面を支持面に接触させることにより、支持面に懸垂状態に支持される。この状態で、複数本のネジは、相互に並列に同一開口内に配置される。

ロボットのアーム先端に取り付けられたナットランナにネジを供給する場合には、ネジ取り出し位置が最下位となるように支持面を傾けることにより、開口内に収容されている全てのネジがその座面を支持面上で滑らせて滑降し、最も下側のネジがネジ取り出し位置に配置される。この状態で、マガジン挿脱機構を作動させて、マガジンのネジ取り出し位置をナットランナの下方に配置することにより、ナットランナによってネジ取り出し位置のネジを取り出すことができる。そして、マガジン挿脱機構を作動させて、マガジンをナットランナの下方から退避させることにより、ネジを装着したナットランナによってネジ締め作業を行うことができる。

ロボットによりナットランナの位置および姿勢を変更しながらネジの締結を行う場合においても、ネジマガジンに装填された数のネジについては、連続してネジ締め作業を行うことができ、タクトタイムの増大を抑えつつ、複数箇所のネジ締めを行うことができる。

上記態様においては、前記ネジマガジンが、前記ネジ取り出し位置に、前記ネジの懸垂支持姿勢を安定させるすり鉢状の凹部を有していてもよい。
このようにすることで、支持面を滑降してネジ取り出し位置に配置されたネジについてはすり鉢状の凹部によって懸垂支持姿勢が安定して保持されるので、ナットランナによる取り出しをより確実に行うことができる。

また、上記態様においては、前記マガジン挿脱機構が、前記ネジマガジンを前記ナットランナの軸方向および該軸方向に交差する方向に移動させてもよい。
このようにすることで、マガジン挿脱機構を作動させてネジマガジンをナットランナの軸方向に交差する方向に移動させることにより、ネジマガジンのネジ取り出し位置をナットランナの下方に容易に挿脱させることができる。また、ネジ取り出し位置をナットランナの下方には挿入した状態で、ネジマガジン挿脱機構によりネジマガジンをナットランナの軸方向に移動させることにより、ネジ取り出し位置に支持したネジをナットランナに近接させ、ナットランナへの装着を容易にすることができる。

また、本発明の他の態様は、前記ロボットと、該ロボットの前記アーム先端に取り付けられた上記いずれかのロボット用ネジ締め装置と、前記ロボットおよび前記ロボット用ネジ締め装置を制御する制御装置とを備えるネジ締めロボットシステムを提供する。

本態様によれば、アーム先端にロボット用ネジ締め装置を装着したロボットを制御装置により制御して、ロボット用ネジ締め装置に備えられたネジマガジンの支持面を傾けることにより、ネジの座面を支持面上で滑らせて、ネジ取り出し位置にネジを配置したり、ネジをネジマガジンに装填したりすることができる。

上記態様においては、前記制御装置が、前記ネジマガジンから前記ナットランナに前記ネジを供給するときには、前記支持面が前記ネジ取り出し位置に向かって下降するように前記ネジマガジンを傾斜させるよう前記ロボットを制御してもよい。
このようにすることで、ロボットの作動によりネジマガジンの支持面を傾けるだけで、支持面に支持されている複数のネジをネジ取り出し位置に近づく方向に移動させ、ナットランナによる取り出しを容易にすることができる。

また、上記態様においては、前記制御装置が、前記ネジマガジンに前記ネジを装填するときには、前記支持面が前記ネジ取り出し位置に向かって上昇するように前記ネジマガジンを傾斜させるよう前記ロボットを制御してもよい。
このようにすることで、ロボットの作動によりネジマガジンの支持面を傾けるだけで、ネジ取り出し位置に装填されたネジを支持面のスリットに沿ってネジ取り出し位置から遠ざかる方向に移動させ、ネジマガジンへのネジの装填を容易にすることができる。

本発明によれば、タクトタイムの増大を抑えつつ、複数箇所のネジ締めを行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るネジ締めロボットシステムを示す全体構成図である。 図１のネジ締めロボットシステムに備えられる本発明の一実施形態に係るロボット用ネジ締め装置を示す斜視図である。 図２のロボット用ネジ締め装置のネジマガジンおよびナットランナサクションを示す部分的な拡大斜視図である。 図２のロボット用ネジ締め装置のネジマガジンを示す平面図である。 図４のネジマガジンを示す縦断面図である。 図４のネジマガジンに複数のネジを装填した状態を示す縦断面図である。 図４のネジマガジンを凹部が下側となるように傾斜させたネジ取り出し状態を示す縦断面図である。 図４のネジマガジンを凹部が上側となるように傾斜させたネジ装填状態を示す縦断面図である。 図１のネジ締めロボットシステムを用いたネジ締め方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るロボット用ネジ締め装置４およびネジ締めロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るネジ締めロボットシステム１は、図１に示されるように、ロボット２と、該ロボット２のアーム３の先端に取り付けられたロボット用ネジ締め装置４と、ロボット２およびロボット用ネジ締め装置４を制御する制御装置５とを備えている。

ロボット２は、例えば、直立多関節ロボットであって、アーム３の先端に取り付けたロボット用ネジ締め装置４の位置および姿勢を任意に変更することができるようになっている。これにより、ロボット２は、ロボット用ネジ締め装置４を図示しないネジフィーダによるネジ６の装填位置とネジ６の締結対象物との間で移動させることができるようになっている。

本実施形態に係るロボット用ネジ締め装置４は、図２に示されるように、アーム３の先端の取付フランジ７に取り付けられる取付孔９ａを有するブラケット９と、該ブラケット９に固定されたナットランナ１０と、該ナットランナ１０をその軸方向に進退させる進退機構８と、複数のネジ６を装填可能なネジマガジン１２と、該ネジマガジン１２をナットランナ１０の軸方向および該軸に直交する方向に移動させるマガジン移動機構（マガジン挿脱機構）１１とを備えている。

ナットランナ１０は先端にネジ６の頭部６ａを嵌合させて軸回りに回転可能な略円筒状のナットランナサクション１３と、該ナットランナサクション１３に直列に接続する丸棒状のシャフト１４と、該シャフト１４をその軸回りに回転させる回転駆動部１５とを備えている。
進退機構８は、ブラケット９にシリンダ部１６が固定され、ピストン部１７がナットランナ１０に固定されたエアシリンダ１８を備え、該エアシリンダ１８の作動により、シリンダ部１６に対してピストン部１７をナットランナ１０の軸方向に移動させることにより、ナットランナ１０を軸方向に進退させるようになっている。

ネジマガジン１２は、図３から図６に示されるように、直方体の箱状に形成され、収容するネジ６の頭部６ａの高さより深い位置に平坦な支持面１９を備えている。支持面１９には、図４に示されるように収容するネジ６の首下部分６ｂの外径寸法より若干大きく、ネジ６の頭部６ａの外径寸法より小さい幅寸法を有するスリット状の開口部（開口）２０が備えられている。開口部２０は、図６に示されるように、複数本のネジ６を並列に一列に並べた状態で収容可能な長さ寸法を有している。

これにより、図６に示されるように、支持面１９を略水平に配置して、開口部２０内に首下部分６ｂを挿入し、頭部６ａの座面を支持面１９に接触させることによって、ネジ６が、懸垂状態に支持面１９によって支持されるようになっている。
また、開口部２０の長さ方向の一端には、深さ方向に先細になるすり鉢状の凹部２１が設けられている。図７に示されるように、すり鉢状の凹部２１にネジ６が配置されると、凹部２１の傾斜面に沿って、凹部２１の中心にネジ６が位置決め状態に安定して支持されるようになっている。

また、支持面１９に懸垂支持されたネジ６は、図７および図８に示すように、支持面１９を傾斜させることにより、支持面１９に接触する座面を滑走させて低い方に下降させられるようになっている。
例えば、図７に示されるように、すり鉢状の凹部２１が下側となるように支持面１９を傾斜させることにより、支持面１９に懸垂支持されているネジ６を凹部２１に向けて滑降させ、凹部２１に供給することができるようになっている。逆に、図８に示されるように、凹部２１が上側となるように支持面１９を傾斜させることにより、凹部２１に供給されたネジ６を凹部２１から離れる方向に滑降させ、ネジマガジン１２に装填していくことができるようになっている。

マガジン移動機構１１は、可動部材２２をブラケット９に対してナットランナ１０の軸方向に移動させる第１エアシリンダ２３と、可動部材２２に対してネジマガジン１２をナットランナ１０の軸方向に直交する方向に移動させる第２エアシリンダ２４とを備えている。
第２エアシリンダ２４を作動させて、ネジマガジン１２をナットランナ１０の軸方向に直交する方向に移動させることで、図３に示されるように、すり鉢状の凹部２１をナットランナサクション１３に一致する位置に配置して、ナットランナ１０による取り出しおよびネジ６の装填を行うようになっている。また、図２に示されるように、第２エアシリンダ２４を作動させてネジマガジン１２をナットランナ１０の軸上から退避させることで、ナットランナ１０によるネジ締め作業を容易に行えるようになっている。

また、第１エアシリンダ２３を作動させることで、ネジマガジン１２とナットランナサクション１３との距離を近接させたり離間させたりすることができるようになっている。ナットランナサクション１３へのネジマガジン１２からのネジ６の装着時には、ネジマガジン１２をナットランナサクション１３に近接させ、ネジマガジン１２からネジ６を取り出した後には、ナットランナサクション１３からネジマガジン１２を離間させて、装着したネジ６を取り出すようになっている。
図中、符号２５は、退避されたネジマガジン１２の上面を覆って、ロボット２による移動中にネジマガジン１２からネジ６が離脱することを防止するカバーである。

このように構成された本実施形態に係る本実施形態に係るロボット用ネジ締め装置４およびネジ締めロボットシステム１の作用について説明する。
本実施形態に係るネジ締めロボットシステム１により、図９に示されるように、締結対象物にネジ６を締結するには、図８に示されるように、外部に配置された図示しないネジフィーダからネジマガジン１２にネジ６を装填する（ステップＳ１）。

ネジフィーダからネジマガジン１２へのネジ６の装填は、ネジフィーダからすり鉢状の凹部２１にネジ６を供給し、ロボット２を作動させて凹部２１が上側となるようにネジマガジン１２を傾斜させることにより、供給したネジ６を支持面１９に沿ってネジマガジン１２の奥まで移動させる。
そして、ネジマガジン１２が満杯か否かを判断し（ステップＳ２）、満杯ではない場合には、ステップＳ１からの工程を繰り返す。

ネジマガジン１２が満杯となったときには、ロボット用ネジ締め装置４のナットランナ１０を締結対象物の上方に移動させ（ステップＳ３）、ネジマガジン１２からナットランナサクション１３に１つのネジ６を取り出す（ステップＳ４）。

ネジマガジン１２からの取り出しは、ロボット２を作動させて凹部２１が下側となるようにネジマガジン１２を傾斜させることにより、１本のネジ６を凹部２１に位置決め状態に配置する。この後に、第２エアシリンダ２４によって、凹部２１をナットランナ１０の軸上に配置し、第１エアシリンダ２３によってナットランナサクション１３に凹部２１を近接させて凹部２１に位置決めされているネジ６をナットランナサクション１３によって取り出す。

ネジ６が取り出された後には、第１エアシリンダ２３によってナットランナサクション１３からネジマガジン１２を離間させ、第２エアシリンダ２４によってネジマガジン１２をナットランナ１０の軸上から退避させる（ステップＳ５）。その後、ネジ６を取り出したナットランナ１０によって締結対象物にネジ６を締結する（ステップＳ６）。

予定された数のネジ６が締結されたか否かが判定され（ステップＳ７）、完了していない場合には、ステップＳ４からの工程が繰り返される。予定数のネジ６が締結された場合には、作業終了か否かが判定され（ステップＳ８）、終了していない場合にはステップＳ１からの工程が繰り返される。

このように、本実施形態に係るロボット用ネジ締め装置４およびネジ締めロボットシステム１によれば、ロボット２によりナットランナ１０の位置および姿勢を変更しながらネジ６の締結を行う場合においても、ネジマガジン１２に装填された数のネジ６については、連続してネジ締め作業を行うことができ、タクトタイムの増大を抑えつつ、複数箇所のネジ締めを行うことができるという利点がある。

また、ネジマガジン１２が、ネジ取り出し位置に、ネジ６の懸垂支持姿勢を安定させるすり鉢状の凹部２１を有しているので、支持面１９を滑降してネジ取り出し位置に配置されたネジ６についてはすり鉢状の凹部２１によって懸垂支持姿勢が安定して保持され、ナットランナ１０による取り出しをより確実に行うことができる。

また、マガジン移動機構１１が、ネジマガジン１２をナットランナ１０の軸方向および軸方向に交差する方向に移動させるので、ネジマガジン１２のネジ取り出し位置をナットランナ１０の下方に容易に挿脱させることができる。また、ネジ取り出し位置に支持したネジ６をナットランナ１０に近接させ、ナットランナ１０への装着を容易にすることができる。

また、アーム３先端にロボット用ネジ締め装置４を装着したロボット２を制御装置５により制御して、ロボット用ネジ締め装置４に備えられたネジマガジン１２の支持面１９を傾けることにより、ネジ６の座面を支持面１９上で滑らせて、ネジ取り出し位置にネジ６を配置したり、ネジ６をネジマガジン１２に装填したりすることができるという利点がある。

１ ネジ締めロボットシステム
２ ロボット
３ アーム
４ ロボット用ネジ締め装置
５ 制御装置
６ ネジ
６ｂ 首下部分
１０ ナットランナ
１１ マガジン移動機構（マガジン挿脱機構）
１２ ネジマガジン
１９ 支持面
２０ 開口部（開口）
２１ 凹部

Claims (4)

1. アームを有するロボットと、
   該ロボットの前記アーム先端に取り付けられ、ネジを１つずつ締め付けるナットランナと、該ナットランナに供給する前記ネジを複数収容するネジマガジンと、該ネジマガジンのネジ取り出し位置を前記ナットランナの下方に挿脱させるマガジン挿脱機構とを備えるロボット用ネジ締め装置と、
   前記ロボットおよび前記ロボット用ネジ締め装置を制御する制御装置とを備え、
   前記ネジマガジンが、複数の前記ネジを並列に一列に並べた状態で首下部分を貫通させるスリット状の開口を有し、各前記ネジの座面に接触して懸垂状態に支持する平坦な支持面を備え、
   前記制御装置が、前記ネジマガジンから前記ナットランナに前記ネジを供給するときには、前記支持面が前記ネジ取り出し位置に向かって下降するように前記ネジマガジンを傾斜させるよう前記ロボットを制御するネジ締めロボットシステム。
2. 前記ネジマガジンが、前記ネジ取り出し位置に、前記ネジの懸垂支持姿勢を安定させるすり鉢状の凹部を有する請求項１に記載のネジ締めロボットシステム。
3. 前記マガジン挿脱機構が、前記ネジマガジンを前記ナットランナの軸方向および該軸方向に交差する方向に移動させる請求項１または請求項２に記載のネジ締めロボットシステム。
4. 前記制御装置が、前記ネジマガジンに前記ネジを装填するときには、前記支持面が前記ネジ取り出し位置に向かって上昇するように前記ネジマガジンを傾斜させるよう前記ロボットを制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載のネジ締めロボットシステム。
   

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