JP6506344B2 - ネジガイド装置およびネジ締めロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ネジガイド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、ネジ穴が形成された締結対象物にネジを締結させる際に、ネジ締め装置が用いられている。ネジ締め装置は、モータにより中心軸回りに回転駆動されるシャフトを有する本体部と、シャフトの先端部に装着され、ネジの頭部を回転させるソケットとを備えている。さらに、このようなネジ締め装置をロボットに装着し、締結対象物へのネジの締結作業を自動化することも行われている。

ところで、ネジ締め装置でネジをネジ穴に締結するに際しては、ネジをネジ穴に位置決めして挿入する必要がある。
このため、例えば、一対のブロックでネジを挟み付けて保持することでネジをネジ穴に位置決めする位置決め機構を備えたボルト挿入装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ネジ締め装置が設けられたフレームの下端部に、一対のネジ保持部材でネジを保持することでネジをネジ穴に位置決めするネジ保持機構を備えたネジ締め装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−２４９６５３号公報 特開２００８−３０２４８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたボルト挿入装置においては、締結対象物に形成されたネジ穴に挿通させたガイドピンの端部と、ネジの端部とを一対のブロックで挟んで両者の軸心同士が合致するように位置決めしている。このため、位置決め機構以外に、ガイドピンと、このガイドピンをネジ穴に挿通させるための機構が必要である。その結果、装置構成が複雑化し、装置コストが上昇する。
また、ネジ締め装置と締結対象物との間に、複雑な構成の位置決め機構を配置する必要がある。このため、位置決め機構との干渉を避けなければならず、ネジ締め装置の動作の自由度が制限されるという問題もある。

また、特許文献２に開示されたネジ締め装置においては、ネジ締め装置とネジ保持機構とがフレームを介して一体化されている。これらネジ保持機構およびフレームは、ネジ締め装置と締結対象物との間に位置することとなる。このため、この場合においても、ネジ保持機構やフレームがネジ穴の周囲で締結対象物と干渉するのを避けなければならず、ネジ締め装置の動作の自由度が制限される場合がある。
また、特許文献２に開示されたネジ締め装置においては、ネジは、一対のネジ保持部材の間に、シュートを通して自重により供給されてセットされる。すなわち、ネジは、一対のネジ保持部材によって挟み込まれて保持されているわけではない。このため、ネジを鉛直上方以外の方向からネジ穴に挿入する場合、一対のネジ保持部材の間でネジがぐらつき、ネジ穴に対する位置決めが困難となる。さらに、ネジ締め装置のビットをネジの頭部に押し当てても、ネジ締め装置のシャフトとビットとの間、ビットとネジの頭部との間には、クリアランスが存在するため、ネジをネジ穴に対して位置決めすることは難しい。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ネジ締め装置の動作の自由度が低下するのを抑えつつ、ネジをネジ穴に確実に位置決めして、ネジ締め作業を行うことができるネジガイド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、締結対象物に形成され鉛直方向に延びるネジ穴に対して、ロボットのアームの先端に取り付けられたネジ締め装置によって下側から締結されるネジを、前記ネジ穴に案内するネジガイド装置であって、前記締結対象物は、床面上に設けられた支持部によって支持されており、ガイド装置本体と、前記ガイド装置本体に設けられ、前記ネジの軸部の中心軸に直交する径方向に開閉可能で、閉状態にあるときに前記軸部が挿通されるネジ挿通部を形成するガイド部材とを備え、該ガイド部材が、前記締結対象物と該締結対象物の下側に配置された前記ネジ締め装置との間に配置され、前記ガイド部材の先端部に前記ネジ挿通部が形成され、前記ガイド装置本体が、前記ガイド部材の基端に接続され、鉛直方向に交差する方向において前記締結対象物の外側に配置され、前記床面上に設けられたガイド装置支持部材によって支持されるネジガイド装置を提供する。

本態様によれば、ガイド部材のネジ挿通部をネジ穴に対向させた状態で、ネジ挿通部にネジを挿通させてネジ締め装置で締結することで、ネジをネジ穴に確実に位置決めしてネジ締め作業を行うことができる。このとき、ネジガイド装置は、ガイド装置本体が締結対象物を支持する支持部側に設けられているので、ネジ締め装置側にネジガイド装置を設ける必要がない。したがって、ネジ締め装置が、ネジ穴の周囲で締結対象物と干渉するのを抑えることができる。

上記態様においては、前記ガイド部材が、前記ネジの中心軸回りの周方向に複数設けられ、それぞれが前記径方向に移動可能に設けられたガイドビットからなり、前記ネジ挿通部が、複数の前記ガイドビットに囲まれて形成されていてもよい。
このようにすることで、複数のガイドビットが径方向に移動することで、ガイド部材は、ネジの軸部の径方向に開閉する。これにより、閉状態でガイド部材に形成されるネジ挿通部が、開状態では拡径し、ネジの頭部やネジ締め装置と干渉するのを抑えることができる。

上記態様においては、前記ガイド部材が、前記締結対象物と前記ネジ締め装置との間において、前記ネジ穴の開口端部に対向する位置に配置され、前記ガイド装置本体が、前記締結対象物と前記ネジ締め装置とが対向する方向に交差する方向において、前記締結対象物の外側に配置されていてもよい。
このようにすることで、ガイド装置本体は、締結対象物とネジ締め装置との間に存在せず、ガイド部材のみが締結対象物とネジ締め装置との間に位置することになる。したがって、ネジ締め装置が、ガイド装置と干渉するのを抑え、その動作の自由度が高まる。

上記態様においては、前記ガイド部材が、前記中心軸に沿って前記ネジ穴に近づくにしたがって径寸法が漸次縮小するテーパ状のガイド面を有していてもよい。
このようにすることで、ネジをネジ挿通部に挿通させるときに、ネジの先端部がネジ穴に円滑に案内される。

上記態様においては、前記ネジ挿通部が、前記ネジ穴に近接した側の端部の径寸法が前記ネジ穴の内径以下であってもよい。
このようにすることで、ネジをネジ挿通部に挿通させるときに、ネジの先端部がネジ穴の周囲で締結対象物に引っ掛かることがなく、ネジ穴に、円滑かつ確実に案内される。

上記態様においては、前記ガイド装置本体が、前記ガイド部材を前記径方向に開閉駆動させる第一アクチュエータであってもよい。
このようにすることで、第一アクチュエータでガイド部材を開閉駆動することによって、ネジをネジ穴に締結する際には、ガイド部材を閉状態としてネジ挿通部を形成し、ネジをネジ穴に挿入した後には、ガイド部材を開状態として、ネジがガイド部材に干渉するのを避けることができる。

上記態様においては、前記ガイド部材を閉方向に付勢する付勢部材を備えてもよい。
このようにすることで、ネジをネジ穴に締結する際には、付勢部材の付勢力によってガイド部材を閉状態としてネジ挿通部を形成する。また、ネジをネジ穴に挿入する際には、ネジの頭部やネジを締結させるためにネジ締め装置に設けられたソケットがガイド部材に突き当たることで、ガイド部材が付勢部材の付勢力に抗して開き、ネジがガイド部材に干渉するのを避けることができる。

上記態様においては、前記ガイド部材を、前記締結対象物と前記ネジ締め装置とが対向する方向に交差する方向において、前記締結対象物と前記ネジ締め装置との間から退避させる第二アクチュエータを備えてもよい。
このようにすることで、ネジをネジ穴に挿入するときのみ、ガイド部材を締結対象物とネジ締め装置との間に位置させ、それ以外のときには、第二アクチュエータによってガイド部材を退避させることで、ネジ締め装置がガイド部材に干渉するのを抑えることができる。これにより、ネジ締め装置の動作の自由度を高めることができる。

上記態様においては、前記ガイド部材を、前記締結対象物と前記ネジ締め装置とが対向する方向において、前記締結対象物から離間する方向に退避させる第三アクチュエータを備えてもよい。
このようにすることで、第三アクチュエータによって、ガイド部材を、締結対象物とネジ締め装置とが対向する方向に沿って締結対象物から離間させれば、ガイド部材が、ネジ穴に締結したネジの頭部と干渉するのを抑えることができる。したがって、例えば、締結対象物にネジ穴が複数形成されている場合、一のネジ穴にネジを締結した後、他のネジ穴にガイド部材とネジ締め装置を移動させる際に、ガイド部材が、一のネジ穴に締結したネジの頭部に干渉するのを抑えることができる。

また、本発明の他の態様は、上記のネジガイド装置と、床面上に設けられ、前記ネジ穴を有する前記締結対象物を前記ネジ穴が鉛直方向に延びるように支持する支持部と、前記締結対象物に対して移動可能に設けられたアームを有するロボットと、前記アームの先端に取り付けられ、前記締結対象物の前記ネジ穴に対して前記ネジを前記締結対象物の下側から上方に向かって締結する前記ネジ締め装置と、前記ロボット、前記ネジ締め装置および前記ネジガイド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、ガイド部材のネジ挿通部をネジ穴に対向させた状態で、ロボットのアーム先端に取り付けたネジ締め装置でネジ挿通部にネジを挿通させ、ネジ穴に締結する。これにより、ネジをネジ穴に確実に位置決めしてネジ締め作業を行うことができる。このとき、ネジガイド装置は、ガイド装置本体が締結対象物を支持する支持部側に設けられているので、ネジ締め装置側にネジガイド装置を設ける必要がない。したがって、ネジ締め装置が、ネジ穴の周囲で締結対象物と干渉するのを抑えることができる。

本発明によれば、ネジ締め装置の動作の自由度が低下するのを抑えつつ、ネジをネジ穴に確実に位置決めして、ネジ締め作業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を構成するネジ締め装置およびネジガイド装置を示す側面図である。 図１のネジ締めロボットシステムのネジガイド装置の構成を示す斜視図である。 図３のネジガイド装置を構成するガイド装置本体およびガイド部材を示す斜視図である。 図４のガイド部材を開いた状態を示す斜視図である。 図４に示したガイド部材を閉状態とし、ネジ穴の開口端部に対向する位置に配置した状態を示す断面図である。 図６に示したガイド部材を開状態とした状態を示す断面図である。 図１のネジ締めロボットシステムでネジをネジ穴に締結させるための処理の流れを示すフローチャートである。 図６に示した閉状態のガイド部材のネジ挿通部を通して、ネジの軸部がネジ穴に挿入された状態を示す断面図である。 図７に示した開状態のガイド部材を、下方に退避させた状態を示す断面図である。 図４のネジガイド装置の変形例を示す平面図である。 図４のネジガイド装置のガイド部材の変形例を示す平面図である。

本発明の一実施形態に係るネジガイド装置５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、締結対象物２００を支持する支持部２と、ロボット３と、ネジ締め装置４と、ネジガイド装置５と、制御装置６（図２参照。）とを備えている。

本実施形態において、締結対象物２００は、例えば円板状をなし、その外周部に、周方向に沿って間隔をあけて複数のネジ穴２０１が形成されている。なお、締結対象物２００は、円板状に限らず、いかなる形状であってもよい。また、ネジ穴２０１も、その設置位置や設置数については、いかなるものとしてもよい。

支持部２は、床面Ｆ上に固定されたベース２１と、ベース２１から上方に向かって延びる支柱２２と、支柱２２から水平方向に延び、締結対象物２００の中心部を下方から支持するワーク支持部材２４とを備える。ワーク支持部材２４は、締結対象物２００を、その中心回りに回転可能に支持する回転機構を有している。

ロボット３は、床面Ｆ上に設けられた基部３１と、基部３１に設けられた多軸多関節のアーム３２とを備えている。

図２は、図１のネジ締めロボットシステム１を構成するネジ締め装置４およびネジガイド装置５を示す側面図である。
ネジ締め装置４は、ロボット３のアーム３２の先端部に設けられている。ネジ締め装置４は、アーム３２の駆動により、締結対象物２００に対して移動可能に設けられている。図１および図２に示すように、ネジ締め装置４は、いわゆるナットランナであり、アーム３２の先端部に設けられたハンド３３に保持されたネジ締め装置本体４１と、ネジ締め装置本体４１によって中心軸回りに回転駆動されるシャフト４２と、シャフト４２の先端部に設けられたソケット４３とを備える。
ソケット４３は、略円筒状で、その内周面が、ネジ穴２０１に締結させるネジ１００の頭部１０２に係合する。このソケット４３には、図示しないネジ供給機構から、ネジ１００が１本ずつ供給される。ネジ１００は、頭部１０２をソケット４３内に収め、軸部１０１を上方に向けて延ばした状態で保持される。
このようなネジ締め装置４は、ソケット４３をネジ１００の頭部１０２に係合させた状態で、ネジ締め装置本体４１によってシャフト４２をその軸心回りに回転駆動することによって、ネジ１００を回転させる。

図３は、図１のネジ締めロボットシステム１のネジガイド装置５の構成を示す斜視図である。
ネジガイド装置５は、締結対象物２００に形成されたネジ穴２０１に対してネジ締め装置４によって締結されるネジ１００を、ネジ穴２０１に案内する。図２および図３に示すように、ネジガイド装置５は、ガイド装置本体５１と、ガイド部材５２とを備えている。

ガイド装置本体５１は、床面Ｆ上に設けられたガイド装置支持部材７０に、径方向進退アクチュエータ（第二アクチュエータ）５７と、昇降アクチュエータ（第三アクチュエータ）５８とを介して設けられている。

ガイド装置支持部材７０は、床面Ｆ上に固定されたベース部７１と、ベース部７１から上方に向かって延びる支柱部７２とを備えている。

径方向進退アクチュエータ５７は、支柱部７２上に設けられている。径方向進退アクチュエータ５７は、支持部２に支持された締結対象物２００の径方向に延びたアクチュエータ本体５７ａと、支持部２に支持される締結対象物２００の下方において、締結対象物２００の径方向に沿って進退するスライダ５７ｂとを備えている。

スライダ５７ｂ上には、水平面内に位置する支持板５９（図３参照。）が設けられている。昇降アクチュエータ５８は、この支持板５９上に設けられている。昇降アクチュエータ５８は、支持板５９上に固定されたアクチュエータ本体５８ａと、アクチュエータ本体５８ａによって鉛直上下方向に進退駆動されるロッド５８ｂとを備えている。

上記ガイド装置本体５１は、この昇降アクチュエータ５８のロッド５８ｂの上端部（先端部）に、ブラケットプレート６０を介して取り付けられている。この実施形態においては、ガイド装置本体５１（およびガイド部材５２）は、ブラケットプレート６０に二個一対で設けられているが、その設置数は１個のみでもよい。

図４は、図３のネジガイド装置５を構成するガイド装置本体５１およびガイド部材５２を示す斜視図である。図５は、図４のガイド部材５２を開いた状態を示す斜視図である。
図４および図５に示すように、ガイド装置本体５１は、ガイド部材５２を構成する一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂを、締結対象物２００に形成されたネジ穴２０１の径方向に開閉駆動させる開閉アクチュエータ（第一アクチュエータ）５６である。

ガイド部材５２は、一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂからなる。一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂは、ガイドすべきネジ１００の軸部１０１の中心軸Ｃを挟んだ径方向両側に位置するよう、配置される。換言すると、ガイドビット５４Ａ，５４Ｂは、ネジ１００の軸部１０１の中心軸Ｃ回りの周方向に配置されている。

図２および図４に示すように、これらガイドビット５４Ａ，５４Ｂは、支持部２に支持される締結対象物２００の下方において、締結対象物２００の径方向内側に向かって延びる延出部５４ｃと、延出部５４ｃの先端部から上方に向かって立ち上がる立ち上がり部５４ｄと、立ち上がり部５４ｄの上端部から締結対象物２００の径方向内側に向かって延びるアーム部５４ｅとを一体に有している。図４および図５に示すように、ガイドビット５４Ａ，５４Ｂは、開閉アクチュエータ５６（ガイド装置本体５１）によって、ネジ穴２０１に締結されるネジ１００の軸部１０１の中心軸Ｃに直交する径方向において、互いに接離するように開閉駆動される。

図４に示すように、ガイドビット５４Ａ，５４Ｂは、閉状態にあるときに、アーム部５４ｅ同士が密着する。ガイドビット５４Ａ，５４Ｂのアーム部５４ｅの先端部には、断面半円形状に窪んだガイド面５５が形成されている。ガイドビット５４Ａ，５４Ｂが閉状態にあるときに、ガイドビット５４Ａのガイド面５５とガイドビット５４Ｂのガイド面５５とによって、ネジ穴２０１に締結されるネジ１００の軸部１０１が挿通されるネジ挿通部５３が形成される。これにより、ネジ挿通部５３は、複数のガイドビット５４Ａ，５４Ｂに囲まれて形成されている。

ガイド面５５は、ネジ１００の軸部１０１の中心軸Ｃに沿って、下方から上方に向かって径寸法（曲率半径）が漸次縮小している。これにより、ネジ挿通部５３は、上方に位置する締結対象物２００のネジ穴２０１に近づくにしたがって、径寸法（曲率半径）が漸次縮小するテーパ状をなしている。

図６は、図４に示したガイド部材５２を閉状態とし、ネジ穴２０１の開口端部２０２に対向する位置に配置した状態を示す断面図である。
図６に示すように、ネジ挿通部５３は、ネジ穴２０１に近接した側の上端部の径寸法ｄ１が、ネジ穴２０１の開口端部２０２の内径ｄｎ以下となるように形成されている。

図７は、図４に示したガイド部材５２を開状態とし、ネジ穴２０１の開口端部２０２に対向する位置に配置した状態を示す断面図である。
また、図７に示すように、開閉アクチュエータ５６によってガイドビット５４Ａ，５４Ｂが開状態となると、ネジ挿通部５３において、ネジ穴２０１に近接した側の上端部の径寸法ｄ１’は、ネジ１００の頭部１０２およびソケット４３の外径ｄｓ以上となる。

上記したようなネジガイド装置５は、ロボット３のアーム３２に設けられたネジ締め装置４側（可動側）ではなく、締結対象物２００を支持する支持部２が設けられた床面Ｆ側（固定側）に設けられている。
また、ネジガイド装置５は、ガイド装置本体５１が、締結対象物２００とネジ締め装置４とが対向する方向に交差する方向において、締結対象物２００の外側に配置されている。さらに、ネジガイド装置５は、ガイド部材５２が、締結対象物２００とネジ締め装置４との間において、ネジ穴２０１の開口端部２０２に対向する位置に配置される。

また、このネジガイド装置５は、径方向進退アクチュエータ５７により、締結対象物２００とネジ締め装置４とが対向する上下方向に交差する締結対象物２００の径方向において、締結対象物２００とネジ締め装置４との間から、締結対象物２００の径方向外側に退避可能となっている。また、径方向進退アクチュエータ５７は、締結対象物２００の径方向に沿って進退可能であるため、支持部２に支持される円板状の締結対象物２００の径寸法に合わせて切り替え対応するようになっている。すなわち、ネジ穴２０１が形成された締結対象物２００として径寸法が異なる種類を用いる場合には、径方向進退アクチュエータ５７によって切り替え対応される。
さらに、ネジガイド装置５は、昇降アクチュエータ５８により、ガイド部材５２を、締結対象物２００とネジ締め装置４とが対向する上下方向において、締結対象物２００から離間する方向である下方に退避できるようになっている。

制御装置６は、ロボット３、ネジ締め装置４およびネジガイド装置５を制御することで、ネジ１００を、締結対象物２００に形成されたネジ穴２０１に対して締結させる。以下に、制御装置６におけるネジ締めロボットシステム１の制御方法について説明する。
図８は、ネジ締めロボットシステム１でネジ１００をネジ穴２０１に締結させるための処理の流れを示すフローチャートである。
図８に示すように、ネジ１００をネジ穴２０１に締結させるには、まず、ネジ１００を、ネジ締め装置４のソケット４３にセットする（ステップＳ１）。これには、制御装置６により、図示しないネジ供給機構から、ネジ１００を供給する。図２に示すように、ネジ１００は、頭部１０２をソケット４３内に収め、軸部１０１が上方に向けて延びるような状態でセットされる。

次に、制御装置６により、ロボット３のアーム３２を作動させ、アーム３２の先端に設けられたネジ締め装置４を移動させ、ソケット４３を、支持部２に支持された締結対象物２００のネジ穴２０１に対し、鉛直下方から対向する位置に移動させる（ステップＳ２）。

一方、ネジガイド装置５は、制御装置６により、予め、径方向進退アクチュエータ５７でガイド装置本体５１を締結対象物２００の径方向内側に向かって前進させるとともに、昇降アクチュエータ５８でガイド装置本体５１を上方に向かって上昇させ、ガイド部材５２を、締結対象物２００のネジ穴２０１に対し、鉛直下方から対向する位置に移動させておく。
そして、図６に示すように、制御装置６により、ガイド装置本体５１である開閉アクチュエータ５６で、ガイド部材５２を構成する一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂを閉状態とする（ステップＳ３）。これにより、閉状態のガイド部材５２に形成されるネジ挿通部５３は、ネジ穴２０１の鉛直下方で、ネジ穴２０１と同軸上に配置される。

次に、制御装置６により、ロボット３のアーム３２を作動させ、ネジ締め装置４を鉛直上方に移動させ、ネジ１００の軸部１０１のネジ穴２０１への挿入を開始する（ステップＳ４）。すると、図６に示すように、ソケット４３にセットされたネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓは、ネジ挿通部５３に挿入される。ここで、ネジ挿通部５３は、ガイド面５５によって、テーパ状に形成されている。これにより、軸部１０１がネジ穴２０１の中心軸Ｃに対して傾いていても、軸部１０１を上方に移動させるにともなって、軸部１０１の先端部１０１ｓがガイド面５５に摺接することで、軸部１０１の傾きが矯正されていく。これによって、ネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓは、ネジ挿通部５３を通して、ネジ穴２０１に挿入されていく。

制御装置６は、ロボット３のアーム３２の動作をモニタリングしており、ソケット４３にセットされたネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓがネジ穴２０１の雌ネジ部２０３に到達する位置まで、ネジ締め装置４を上昇させたか否かを検出する（ステップＳ５）。

図９は、図６に示した閉状態のガイド部材５２のネジ挿通部５３を通して、ネジ１００の軸部１０１がネジ穴２０１に挿入された状態を示す断面図である。
ステップＳ５において、ネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓがネジ穴２０１の雌ネジ部２０３に到達する位置まで、ネジ締め装置４が上昇したら、ネジ１００を回転させ、ネジ締め動作を開始する。これには、ロボット３のアーム３２を作動させ、ネジ締め装置４をさらに鉛直上方に移動させ、ネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓをネジ穴２０１の雌ネジ部２０３に押し付ける。この状態で、制御装置６により、ネジ締め装置４のネジ締め装置本体４１を作動させてシャフト４２を回転させる。
すると、図９に示すように、ネジ１００の軸部１０１の雄ネジ部１０３が雌ネジ部２０３に螺合し始める。このネジ締め動作の開始と平行して、制御装置６は、開閉アクチュエータ５６により、ガイド部材５２を構成する一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂを開き、開状態とする（ステップＳ６）。
図７に示すように、ガイドビット５４Ａ，５４Ｂが開くと、前記したように、ネジ挿通部５３において、ネジ穴２０１に近接した側の上端部の径寸法ｄ１’は、ネジ１００の頭部１０２およびソケット４３の外径ｄｓ以上となる。

次に、制御装置６により、ネジ締め装置４でネジ１００をネジ穴２０１に完全に締め付ける（ステップＳ７）。これには、ネジ締め装置４は、ネジ１００の頭部１０２の座面がネジ穴２０１の外周側で締結対象物２００に突き当たり、ネジ１００が所定のトルクで締結されるまでソケット４３を回転させる。

制御装置６は、ネジ締め装置４によるネジ１００のネジ穴２０１への締結が完了したか否かを判定し（ステップＳ８）、締結が完了したらロボット３のアーム３２を作動させ、ネジ締め装置４を鉛直下方に移動させ、ソケット４３をネジ１００の頭部１０２から下方に退避させる（ステップＳ９）。
これにより、一つのネジ穴２０１へのネジ１００の締結が完了する。

締結対象物２００に複数のネジ穴２０１が形成されている場合、制御装置６は、全てのネジ穴２０１へのネジ１００の締結が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０）。
その結果、全てのネジ穴２０１へのネジ１００の締結が完了していれば、制御装置６は、一連の処理を終了する。

一方、全てのネジ穴２０１へのネジ１００の締結が完了していなければ、次のネジ穴２０１に、ネジ締め装置４とネジガイド装置５を移動させ（ステップＳ１１）、ステップＳ１からの工程を繰り返す。
ネジガイド装置５を次のネジ穴２０１に移動させるには、ネジガイド装置５において、昇降アクチュエータ５８（図２参照。）で、開閉アクチュエータ５６を下降させる。これにより、図１０に示すように、ステップＳ６で開状態とされたガイド部材５２が下方に移動し、締結対象物２００に締結されたネジ１００の頭部１０２よりもから下方に位置する。この状態で、支持部２のワーク支持部材２４により、締結対象物２００をその中心回りに回転させ、次のネジ穴２０１が、ガイド部材５２のネジ挿通部５３の鉛直上方に位置するよう相対移動させる。

この後は、上記のステップＳ１に戻り、次のネジ穴２０１へのネジ１００の締結を繰り返す。

このように、本実施形態に係るネジガイド装置５およびネジ締めロボットシステム１によれば、ガイド部材５２のネジ挿通部５３をネジ穴２０１に対向させた状態で、ネジ挿通部５３にネジ１００を挿通させてネジ締め装置４で締結することで、ネジ１００をネジ穴２０１に確実に位置決めしてネジ締め作業を行うことができる。このとき、ネジガイド装置５は、ガイド装置本体５１が締結対象物２００を支持する支持部２側（床面Ｆ側）に設けられて固定されているので、ネジ締め装置４側にネジガイド装置５を設ける必要がない。したがって、ネジ締め装置４が、ネジ穴２０１の周囲で締結対象物２００と干渉するのを抑えることができる。
その結果、ネジ締め装置４の動作の自由度が低下するのを抑えつつ、ネジ１００をネジ穴２０１に確実に位置決めして、ネジ締め作業を行うことができる。

また、二個一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂが、ネジ穴２０１の径方向に移動することで、ガイド部材５２は、ネジ１００の軸部１０１の径方向に開閉する。これにより、閉状態でガイド部材５２に形成されるネジ挿通部５３が、開状態では拡径し、ネジ１００の頭部１０２やネジ締め装置４と干渉するのを抑えることができる。したがって、ネジ１００の軸部１０１をネジ穴２０１に挿入した後は、ネジ締め装置４によるネジ１００の締結作業をガイド部材５２が邪魔することなく円滑に行うことができる。

また、ガイド部材５２は、締結対象物２００とネジ締め装置４との間において、ネジ穴２０１の開口端部２０２に対向する位置に配置され、ガイド装置本体５１は、締結対象物２００の外側に配置される。このようにすることで、ガイド装置本体５１は、締結対象物２００とネジ締め装置４との間に存在せず、ガイド部材５２のみが締結対象物２００とネジ締め装置４との間に位置することになる。したがって、ネジ締め装置４が、ネジガイド装置５と干渉し難くなり、その動作の自由度が高まる。

また、ガイド部材５２は、ネジ穴２０１に近づくにしたがって径寸法が漸次縮小するテーパ状のガイド面５５を有している。このようにすることで、ネジ１００をネジ挿通部５３に挿通させるときに、ネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓがネジ穴２０１に円滑に案内される。
さらに、ネジ挿通部５３は、ネジ穴２０１に近接した側の端部の径寸法ｄ１が、ネジ穴２０１の内径ｄｎ以下である。これにより、ネジ１００をネジ挿通部５３に挿通させるときに、ネジ１００の軸部１０１の先端部１０１ｓがネジ穴２０１の周囲で締結対象物２００に引っ掛かることがなく、ネジ穴２０１に、より円滑かつ確実に案内される。

また、開閉アクチュエータ５６でガイド部材５２を開閉駆動することによって、ネジ１００をネジ穴２０１に締結する際には、ガイド部材５２を閉状態としてネジ挿通部５３でネジ１００を案内し、ネジ１００をネジ穴２０１に挿入した後には、ガイド部材５２を開状態として、ネジ１００の頭部１０２やソケット４３がガイド部材５２に干渉するのを避けることができる。

また、径方向進退アクチュエータ５７により、ネジ１００をネジ穴２０１に挿入するときのみ、ガイド部材５２を締結対象物２００とネジ締め装置４との間に位置させ、それ以外のときには、ガイド部材５２を退避させることができる。これにより、ネジ締め装置４がガイド部材５２に干渉するのを抑え、ネジ締め装置４の動作の自由度を高めることができる。また、径方向進退アクチュエータ５７は、締結対象物２００の径方向に沿って進退可能であるため、支持部２に支持される円板状の締結対象物２００の径寸法に合わせて切り替え対応するようになっている。すなわち、ネジ穴２０１が形成された締結対象物２００として径寸法が異なる種類を用いる場合には、径方向進退アクチュエータ５７によって切り替え対応される。

さらに、昇降アクチュエータ５８によって、ガイド部材５２を、締結対象物２００とネジ締め装置４とが対向する上下方向に沿って締結対象物２００から離間させることで、ガイド部材５２が、ネジ穴２０１に締結したネジ１００の頭部１０２と干渉するのを抑えることができる。したがって、一つのネジ穴２０１にネジ１００を締結した後、他のネジ穴２０１にネジガイド装置５とネジ締め装置４を相対的に移動させる際、ガイド部材５２と、ネジ穴２０１に締結したネジ１００の頭部１０２との干渉を抑えることができる。
加えて、昇降アクチュエータ５８によるガイド部材５２の移動量は、少なくとも、ネジ１００の頭部１０２の厚さ以上であればよいので、移動量が少なくて済む。したがって、ネジ１００の締結作業に要するタクトタイムの短縮に寄与することができる。

上記実施形態においては、ガイド部材５２を構成するガイドビット５４Ａ，５４Ｂを開閉するのに、開閉アクチュエータ５６を用いたが、これに限らない。
例えば、図１１に示すように、ガイド装置本体５１に、ガイドビット５４Ａ，５４Ｂを閉方向に付勢するバネ等の付勢部材６５を備えるようにしてもよい。

このようにすることで、ネジ１００をネジ穴２０１に締結する際には、付勢部材６５の付勢力によってガイド部材５２を閉状態としてネジ挿通部５３を形成する。また、ネジ１００をネジ穴２０１に挿入する際には、ネジ１００の頭部１０２やネジ締め装置４のソケット４３がネジ挿通部５３のテーパ状のガイド面５５に突き当たることで、ガイド部材５２を構成するガイドビット５４Ａ，５４Ｂが付勢部材６５の付勢力に抗して開く。これにより、ネジ１００の締付時に、ガイド部材５２が干渉するのを避けることができる。

なお、上記実施形態、およびその変形例においては、ガイド部材５２が、一対のガイドビット５４Ａ，５４Ｂを備えるようにしたが、これに限らない。
例えば、図１２に示すように、ガイド部材５２は、ネジ穴２０１の中心軸Ｃ回りの周方向に複数設けられ、それぞれが径方向に移動可能に設けられた複数の円弧形状のガイドビット６６によって構成することもできる。各ガイドビット６６は、アクチュエータや付勢部材の付勢力によって、ネジ穴２０１の径方向に移動することで、ネジ挿通部５３を開閉する。

１ ネジ締めロボットシステム
２ 支持部
３ ロボット
４ ネジ締め装置
５ ネジガイド装置
６ 制御装置
５１ ガイド装置本体
５２ ガイド部材
５３ ネジ挿通部
５４Ａ，５４Ｂ ガイドビット
５５ ガイド面
５６ 開閉アクチュエータ（第一アクチュエータ）
５７ 径方向進退アクチュエータ（第二アクチュエータ）
５８ 昇降アクチュエータ（第三アクチュエータ）
６５ 付勢部材
１００ ネジ
１０１ 軸部
１０１ｓ 先端部
１０２ 頭部
２００ 締結対象物
２０１ ネジ穴
２０２ 開口端部
Ｃ 中心軸
ｄ１ 径寸法
ｄｎ 内径

Claims (10)

1. 締結対象物に形成され鉛直方向に延びるネジ穴に対して、ロボットのアームの先端に取り付けられたネジ締め装置によって下側から締結されるネジを、前記ネジ穴に案内するネジガイド装置であって、前記締結対象物は、床面上に設けられた支持部によって支持されており、
   ガイド装置本体と、
   前記ガイド装置本体に設けられ、前記ネジの軸部の中心軸に直交する径方向に開閉可能で、閉状態にあるときに前記軸部が挿通されるネジ挿通部を形成するガイド部材とを備え、
   該ガイド部材が、前記締結対象物と該締結対象物の下側に配置された前記ネジ締め装置との間に配置され、前記ガイド部材の先端部に前記ネジ挿通部が形成され、
   前記ガイド装置本体が、前記ガイド部材の基端に接続され、鉛直方向に交差する方向において前記締結対象物の外側に配置され、前記床面上に設けられたガイド装置支持部材によって支持されるネジガイド装置。
2. 前記ガイド部材が、前記ネジの中心軸回りの周方向に複数設けられ、それぞれが前記径方向に移動可能に設けられたガイドビットからなり、
   前記ネジ挿通部が、複数の前記ガイドビットに囲まれて形成される請求項１に記載のネジガイド装置。
3. 前記ガイド部材が、前記中心軸に沿って前記ネジ穴に近づくにしたがって径寸法が漸次縮小するテーパ状のガイド面を有する請求項１または請求項２に記載のネジガイド装置。
4. 前記ネジ挿通部が、前記ネジ穴に近接した側の端部の径寸法が前記ネジ穴の内径以下である請求項３に記載のネジガイド装置。
5. 前記ガイド装置本体が、前記ガイド部材を前記径方向に開閉駆動させる第一アクチュエータである請求項１から請求項４のいずれかに記載のネジガイド装置。
6. 前記ガイド部材を閉方向に付勢する付勢部材を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載のネジガイド装置。
7. 前記ガイド部材を、前記締結対象物と前記ネジ締め装置とが対向する方向に交差する方向において、前記締結対象物と前記ネジ締め装置との間から退避させる第二アクチュエータを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のネジガイド装置。
8. 前記ガイド部材を、前記締結対象物と前記ネジ締め装置とが対向する方向において、前記締結対象物から離間する方向に退避させる第三アクチュエータを備える請求項１から請求項７のいずれかに記載のネジガイド装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のネジガイド装置と、
   床面上に設けられ、前記ネジ穴を有する前記締結対象物を前記ネジ穴が鉛直方向に延びるように支持する支持部と、
   前記締結対象物に対して移動可能に設けられたアームを有するロボットと、
   前記アームの先端に取り付けられ、前記締結対象物の前記ネジ穴に対して前記ネジを前記締結対象物の下側から上方に向かって締結する前記ネジ締め装置と、
   前記ロボット、前記ネジ締め装置および前記ネジガイド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。
10. 前記締結対象物が、周方向に配列する複数の前記ネジ穴を外周部に有する円板状の部材であり、
    前記支持部が、前記締結対象物を該締結対象物の中心回りに回転可能に支持する請求項９に記載のロボットシステム。

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