JP6819536B2

JP6819536B2 - 締結装置

Info

Publication number: JP6819536B2
Application number: JP2017198874A
Authority: JP
Inventors: 俊成近藤
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: JP2019072782A

Description

本発明は、締結装置に関する。

従来、ボルト等のネジの自動装填に関する技術において、圧縮空気でネジをホース内に送り込んで、該ネジを部品係止手段へ供給する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−１３２４２４号公報

しかしながら、従来技術においては、ホース内でネジの詰まりが発生し易く、ホース内でのネジの詰まりが発生するたびに、ネジを締結する作業を中断することになるため、作業効率が悪化するという問題がある。また、圧送可能なネジのサイズには限界があるため、締結作業に用いられるネジのサイズに制約が課されるという問題もある。

本発明は、作業効率の悪化を抑制できるとともに、サイズに関する制約を受けずにネジを供給可能な締結装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、所定数のネジを把持可能であるとともに、把持しているネジを１つずつ第１の位置へ移動させる把持搬送部と、前記第１の位置でネジを把持し、その把持したネジを、下方に位置する締結用の回転軸の先端へ供給するための第２の位置へ移動させた後に解放して落下させる供給部と、ネジが供給された前記回転軸を上昇させ、前記回転軸の回転による締結工程の後に前記回転軸を下降させて次の締結対象の位置へ水平方向に移動させる移動部と、を備え、前記把持搬送部および前記供給部は、前記回転軸の回転トルクを吸収するためのトルク吸収アームに取り付けられ、前記トルク吸収アームは、前記移動部の移動に追従して移動する締結装置である。

本発明によれば、作業効率の悪化を抑制できるとともに、サイズに関する制約を受けずにネジを供給可能な締結装置を提供することができる。

図１は、実施形態の締結装置の全体構成を説明するための図である。図２は、実施形態の締結装置およびパーツフィーダを上方から見た場合の概略図である。図３は、ナット供給部の斜視図である。図４は、ナット供給部の上面図である。図５は、２つのベルトによって把持された状態のナットの断面図である。図６は、ナットを組み付け用のボルトに嵌合させて締め付ける際の工程を説明するための図である。図７は、ソケットの先端の斜視図である。図８は、ソケットの先端の断面図である。図９は、２つのベルトによって把持された状態のボルトの断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る締結装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態の締結装置１００の全体構成を説明するための図である。図１に例示した締結装置１００は、不図示のハンガに吊り下げられた車体（ボディ）に部品を組み付ける際に、車体の下方からナット（「ネジ」の一例）を締め付けるために用いられる装置である。図１に示すように、締結装置１００は、ナット締結部１１０と、多関節ロボット２００と、走行装置３００と、ナット供給部４００と、を少なくとも備える。

ナット締結部１１０は、ナット供給部４００により供給されたナットを目的箇所へ締め付けるための手段である。図１に示すように、ナット締結部１１０は、ソケット１１１と、本体１１２と、を含む。ソケット１１１は、「締結用の回転軸」の一例であり、その先端には、ナット供給部４００により供給されたナットが嵌合される。また、ソケット１１１は、回転力を伝達するためのアクチュエータが搭載された本体１１２に接続される。ソケット１１１は、本体１１２に搭載された不図示のアクチュエータと接続され、アクチュエータによって回転させられる。

本体１１２は連結部材１１３に接続される。また、連結部材１１３には軸部材１１４が接続される。軸部材１１４は、アクチュエータの回転に伴って回転しないような形態で連結部材１１３に接続される。また、軸部材１１４は、固定支持部材１２０を挿通する。軸部材１１４は、固定支持部材１２０を上下方向に移動可能であり、かつ、回転不能に支持される。なお、固定支持部材１２０の上面（上面のうち、軸部材１１４が挿通する穴の外側の面）には衝突緩衝材１２１が設けられる。なお、これに限らず、例えば衝突緩衝材１２１は、連結部材１１３側に設けられる形態であっても構わない。

固定支持部材１２０は、ブラケット１２２を介して、トルク吸収アーム１２３に接続される。トルク吸収アーム１２３は、多関節ロボット２００の移動（水平方向の移動）に追従して移動（水平方向に移動）するとともに、ソケット１１１の回転トルクを吸収する。図１に示すように、トルク吸収アーム１２３は、アーム１２４と、アーム１２５と、支持部材１２６と、を備える。アーム１２４には、ブラケット１２２とナット供給部４００が接続される。また、アーム１２４は、アーム１２５に対して回動自在に支持される。アーム１２５は、支持部材１２６に対して回動自在に支持される。この例では、アーム１２４およびアーム１２５の各々が回動（旋回）することにより、トルク吸収アーム１２３の水平方向の位置（図１のＸＺ平面における位置）が変化する。支持部材１２６は、走行装置３００の走行台３１０に固定された支柱１２７に接続される。

なお、ナット供給部４００の詳細な構成は後述するが、ナット供給部４００は、ナットを貯蔵しているパーツフィーダ４５０からナットの供給を受ける（所定数のナットを受け取る）。この場合、ナット供給部４００の水平方向の位置（ＸＺ平面における位置）が、パーツフィーダ４５０からのナット供給を受けることが可能な位置になるよう、多関節ロボット２００のアーム３０２、３０３が回動し、それに連動してトルク吸収アーム１２３のアーム１２４、１２５が回動する。

また、上述の軸部材１１４は、軸受部材１１６を介して支持部材１１５に接続される。支持部材１１５には、重量補助のためのバランサ―１５０の先端部材（フック）１５１が係止される係止部材１１７が設けられる。また、支持部材１１５には、連結部材１１８が接続される。連結部材１１８は、支持部材１１９に接続される。支持部材１１９は、多関節ロボット２００の上下回転軸３０５を支持する。この例では、上下回転軸３０５は、軸受部材３０６およびプレート３０７を介して支持部材１１９に接続される。上下回転軸３０５は上下方向に移動可能であり、上下回転軸３０５が上下することにより、支持部材１１９、連結部材１１８、支持部材１１５、軸部材１１４、連結部材１１３、本体１１２、および、ソケット１１１が一体的に上下に動く（図１のＹ方向に移動する）。なお、例えばバランサ―１５０の先端部材１５１を上下に動かすことで、本体１１２やソケット１１１等を一体的に上下に動かすこともできる。図１に示す多関節ロボット２００は、上下回転軸３０５が設けられるアーム３０２と、アーム３０３と、支持部材３０４と、を備える。アーム３０２は、アーム３０３に対して回動可能に支持される。アーム３０３は、支持部材３０４に対して回動可能に支持される。支持部材３０４は走行装置３００に固定される。

この例では、アーム３０２およびアーム３０３の各々が回動することにより、多関節ロボット２００の水平方向の位置（ＸＺ平面における位置）が変化する。この例では、多関節ロボット２００の水平方向の位置の変化に連動して、多関節ロボット２００と繋がっている支持部材１１９、連結部材１１８、支持部材１１５、軸部材１１４、連結部材１１３、本体１１２、および、ソケット１１１も連動して動き（水平方向の位置が変化し）、固定支持部材１２０（およびブラケット１２２）を介して軸部材１１４と接続されるトルク吸収アーム１２３の水平方向の位置も変化する。

ここでは、多関節ロボット２００は「移動部」の一例であり、ナット供給部４００からナットが供給されたソケット１１１を上昇させ、ソケット１１１の回転による締結工程の後にソケット１１１を下降させて次の締結対象の位置へ移動（水平方向に移動、詳細にはＸＺ平面内を移動）させる機能を有している。

走行装置３００は、図１のＺ方向（奥行き方向）に沿って移動可能な装置である。図１に示す走行装置３００は、走行台３１０と、車輪４０１と、車輪４０２と、車輪４０３とを備える。走行台３１０には、支柱１２７や多関節ロボット２００の支持部材３０４が固定される。車輪４０１はフロア面５００上を転動しながら移動する。

車輪４０２は、図１のＺ方向に沿ってフロア面５００に設けられた案内溝の両側に設けられたレール部材５０１および５０２によって挟持され、レール部材５０１および５０２を転動しながら移動する。レール部材５０２は、それぞれが図１のＺ方向に沿って延びる一対の支持部材５０３および５０４によって下方から支持される。支持部材５０３および５０４は、フロア面５００の下の床面６００に固定された支持部材５０５および５０６によって支持される。支持部材５０３および５０４は、図１のＸ方向において所定の間隔を空けて配置される。

図１の例では、断面がコの字型の支持部材５０４は、車輪４０３のレール部材としても機能する。図１の例では、車輪４０３は、走行台３１０からフロア面５００を挿通して下方へ延びる支持部材３１１の先端部に接続される。そして、車輪４０３の上側は、支持部材５０４の下側の直線部分（コの字の下側の直線部分）の裏面（フロア面５００側とは反対側の面）に接触して転動する。このような構成とすることで、例えば締結装置１００のうちナット締結部１１０側の重量が走行装置３００側の重量よりも大きくても、その一部の荷重を、車輪４０３を介して支持部材５０４および５０６で受けることができる。

図２は、締結装置１００およびパーツフィーダ４５０を上方（図１のＹ方向）から見た場合の概略図である。パーツフィーダ４５０の位置は固定であり、この位置を「原点位置」と称する。この例では、締結装置１００は、１サイクルの締付工程（例えば車体１台分の締付工程）が完了してナット供給部４００が保持しているナットが無くなるたびに、上述のレール部材に沿って走行して原点位置に戻り、パーツフィーダ４５０からナット供給を受ける。そして、パーツフィーダ４５０からナット供給を受けた後、締結装置１００は、次の組み付け対象となる車体の位置まで走行し、該位置にてナットの締め付けを実施する。

なお、上述した締結装置１００の各部（ナット締結部１１０、多関節ロボット２００、走行装置３００、ナット供給部４００）の動作は、不図示の制御装置によって制御される。この制御装置は、締結装置１００に搭載されてもよいし、締結装置１００の外部に設けられてもよい。

図３は、ナット供給部４００の斜視図であり、図４は、ナット供給部４００の上面図である。図４に示すように、ナット供給部４００は、把持搬送部４１０と、供給部４２０と、を備え、ブラケット７００を介して、トルク吸収アーム１２３のアーム１２４と接続される。つまり、この例では、把持搬送部４１０および供給部４２０は、ソケット１１１の回転トルクを吸収するためのトルク吸収アーム１２３に取り付けられる。上述したように、トルク吸収アーム１２３は、多関節ロボット２００の移動に追従して移動する。以下、ナット供給部４００の具体的な構成を説明する。

把持搬送部４１０は、所定数のナット４３０を把持可能であるとともに、把持しているナット４３０を１つずつ第１の位置へ移動させる（スライド方式で移動させる）。ここで、「第１の位置」とは、後述の供給部４２０が、把持搬送部４１０から送り出されたナット４３０を受け取る位置を指す。なお、把持搬送部４１０は、１サイクルの締付工程（例えば車体１台分の締付工程）に必要な数のナット４３０を把持しておくのが好ましい。把持搬送部４１０が把持可能なナット４３０の数は任意に変更可能である。

また、図４に示すように、把持搬送部４１０は、ナットを挟持するための２つのベルト４１１，４１２と、２つのベルト４１１，４１２と１対１に対応し、かつ、ベルトを駆動するための２つの駆動プーリ４１３，４１４と、を含む。図４の例では、ベルト４１１は駆動プーリ４１３によって駆動され、ベルト４１２は駆動プーリ４１４によって駆動される。駆動プーリ４１３，４１４の駆動により、ベルト４１１，４１２によって把持されたナット４３０は、図４の矢印の方向（図４の右から左へ向かう方向）へ移動していく。

図５は、２つのベルト４１１，４１２によって把持された状態のナット４３０の断面図である。この例では、ナット４３０は袋ナット（例えば六角袋ナットなど）であり、ナット４３０の穴部４３１に嵌合する相手側のボルトを覆う（露出させない）ための袋部４３２が、２つのベルト４１１，４１２によって把持される。

ここで、把持搬送部４１０は、トルク吸収アーム１２３と一体に動くので、トルク吸収アーム１２３の旋回時にナット４３０の位置もずれてしまうおそれがある。このため、供給部４２０へナット４３０を渡すことが困難になる場合がある。そこで、本実施形態では、２つのベルト４１１，４１２によってナット４３０を把持し、駆動プーリ４１３，４１４でベルト４１１，４１２を駆動して、該把持したナット４３０をスライド方式で移動させる構成を採る。これにより、トルク吸収アーム１２３の旋回に伴ってナット４３０の位置がずれることを抑制できるので、ナット４３０を確実に供給部４２０へ渡すことができる。

図４に戻って説明を続ける。供給部４２０は、上述の第１の位置でナット４３０を把持し、その把持したナット４３０を、下方に位置するソケット１１１の先端へ供給するための第２の位置へ移動させた後に解放して落下させる。第２の位置でナット４３０を落下させることで、下方に位置するソケット１１１の先端へナット４３０が供給される。図４に示すように、供給部４２０は、旋回可能なアーム４２１を含む。そして、アーム４２１の端部には、吸引（典型的には空気などのガスによる吸引）によりナット４３０を把持し、吸引の停止によりナット４３０を解放する吸引／解放部４２２が設けられる。なお、「吸引」は、ガスによる吸引に限らず、例えば磁気による吸引とすることもできる。アーム４２１は、旋回部４２３によって、時計回りの方向または反時計回りの方向に旋回可能である。以下の説明では、「アーム４２１の角度」とは、図４のＸ軸方向に対するアーム４２１の角度を指す。

この例では、アーム４２１の角度が０°のときの吸引／解放部４２２の位置は「第１の位置」に対応し、このときに吸引／解放部４２２が吸引を行ってナット４３０を把持する（把持搬送部４１０からナット４３０を受け取る）。また、この例では、アーム４２１の角度が９０°のときの吸引／解放部４２２の位置は「第２の位置」に対応する。このときに吸引／解放部４２２が吸引の停止を行って、把持していたナット４３０を解放する（ナット４３０を落下させる）。すなわち、ここでは、アーム４２１の端部の位置が第１の位置のときに吸引／解放部４２２の吸引によりネット４３０が把持され、その状態でアーム４２１が旋回して、アーム４２１の端部の位置が第２の位置になったときに吸引／解放部４２２の吸引の停止によりナット４３０が解放される。

ここでは、ナット４３０を組み付け用のボルトに嵌合させて締め付ける場合は、図６の（Ａ）に示すように、多関節ロボット２００の動作により、先端にナット４３０が供給された状態のソケット１１１は、ナット４３０が組み付け用のボルトに嵌合する位置まで上昇し、本体１１２に搭載されたアクチュエータの回転により回転することで締付工程が行われる。

そして、締付工程が完了すると、図６の（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、多関節ロボット２００の動作により、ソケット１１１は下降し、次の締結対象の位置へ移動（水平方向に移動、詳細にはＸＺ平面内を移動）する。ここでは、次の締結対象の位置へ移動する途中において、供給部４２０はナット４３０をソケット１１１へ供給する。より具体的には、次の締結対象の位置へ移動する途中において（ソケット１１１は供給部４２０の下方へ退避した状態であることを前提とする）、供給部４２０は第１の位置でナット４３０を把持し、その把持したナット４３０を第２の位置へ移動させた後に解放して落下させて、下方に位置するソケット１１１の先端へナット４３０を供給する。このようにして、本実施形態の締結装置１００は、作業者が手動工具のソケットにナット４３０をセットする動き（軸移動中にナット４３０をソケットにセットする動き）と同様の動きを行うことができる。なお、供給部４２０は、ソケット４３０の先端へナット４３０を供給した後、上昇するソケット１１１と干渉しない位置へ退避する。この例では、供給部４２０は、アーム４２１の端部（吸引／解放部４２２）の位置を第２の位置から第１の位置へ退避させて、次のナット４３０の把持に備える。

また、ここでは、ソケット１１１の先端は、ナット４３０との嵌合性を向上させるために特殊な面取り形状を有している。この特殊な面取り形状としては、公知の様々な技術を利用可能である。この例では、ソケット１１１の先端にナット４３０が供給された後、例えば図６の（Ｄ）の工程において、アクチュエータの動作によりソケット１１１が所定の角度（例えば６０°等の３６０°未満の角度）だけ高速回転することで、ソケット１１１の先端にナット４３０が確実に嵌まり込むような形状になっている。

例えばソケット１１１の先端の形状として、特開平１０−２９１２２号公報に開示された構造を採用することもできる。以下、図７および図８を参照しながら、具体的に説明する。図７はソケット１１１の先端の斜視図であり、図８はソケット１１１の先端の断面図である。ソケット１１１に形成された装着穴２０は、テーパガイド部２１と、位相ガイド部２２と、ナット４３０に対応する六角形断面の動力伝達部２３とで構成されている。テーパガイド部２１は、開口面の直径Ｄ１から奥側に直径Ｄ２に縮径され、芯ずれしたナット４３０を案内する。位相ガイド部２２は動力伝達部２３への嵌合のために位相合わせするもので、ナット４３０が回転自在に嵌合する直径Ｄ２の内周面２２ａに、一対の傾斜段部２２ｂが例えば点対称に形成されている。この傾斜段部２２ｂは、ナット４３０の頭部の端面角部を動力伝達部２３のコーナー部２３ｂに案内するように構成される。

ナット４３０が装着穴２０のテーパガイド部２１から位相ガイド部２２に挿入されると、動力伝達部２３のコーナー部２３ｂとナット４３０の角部が対応する同位相の場合には、位相ガイド部２２からそのまま動力伝達部２３に嵌入される。また、動力伝達部２３のコーナー部２３ｂに対してナット４３０の角部の位相がずれていると、位相ガイド部２２に押し込まれる途中で、ナット４３０の角部が傾斜段部２２ｂに当接し、ナット４３０が傾斜段部２２ｂの奥側に向かって回動される。これにより、ナット４３０の角部がコーナー部２３ｂに案内され、ナット４３０と装着穴２０の動力伝達部２３の位相が合わされてスムーズに装着される。

図６に戻って説明を続ける。その後、ソケット１１１が次の締結対象の位置に到達すると、図６の（Ｅ）に示すように、多関節ロボット２００の動作により、ソケット１１１は、その先端に嵌まり込んだナット４３０が組み付け用のボルトに嵌合する位置まで上昇する。そして、図６の（Ｆ）に示すように、本体１１２に搭載されたアクチュエータの回転により回転することで締付工程が行われる。以上のようにして、把持搬送部４１０が保持しているナット４３０の数だけ、上述の締付工程が繰り返される（１サイクルの締付工程が行われる）。

以上に説明したように、本実施形態では、ソケット１１１の先端へナット４３０を供給するための構成として、１サイクルの締付工程に必要なナット４３０として把持している所定数のナット４３０を１つずつ第１の位置へ移動させる把持搬送部４１０と、第１の位置でナット４３０を把持し、その把持したナット４３０を、下方に位置するソケット１１１の先端へナット４３０を供給するための第２の位置へ移動させた後に解放して落下させる供給部４２０と、を備える構成を採る。

すなわち、本実施形態では、把持している所定数のナット４３０を１つずつ移動させるスライド方式で第１の位置へ移動させたナット４３０を、落下供給位置である第２の位置に移動させた後に落下させることで、ソケット１１１の先端へナット４３０を供給する。以上の本実施形態の構成によれば、従来の圧送方式とは異なり、ナット４３０を圧送するためのホースは不要になる。そのため、ホース内でのナット４３０の詰まりに起因する作業中断を招くことは無いので、作業効率の悪化を抑制できるうえ、ナット４３０のサイズも圧送可能なサイズに制限されることはない。したがって、本実施形態によれば、作業効率の悪化を抑制できるとともに、サイズに関する制約を受けずにナット４３０を供給可能な締結装置１００を提供することが可能になる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

上述の実施形態では、締結用の回転軸であるソケット１１１の先端にナット４３０を供給する構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えばソケット１１１の先端にボルトを供給する構成とすることもできる。要するに、把持搬送部４１０は、所定数のネジ（ナットまたはボルト）を把持可能であるとともに、把持しているネジ（ナットまたはボルト）を１つずつ第１の位置へ移動させる機能を有し、供給部４２０は、第１の位置でネジ（ナットまたはボルト）を把持し、その把持したネジ（ナットまたはボルト）を第２の位置へ移動させた後にネジ（ナットまたはボルト）を解放して落下させ、締結用の回転軸（例えばソケット１１１）の先端へネジ（ナットまたはボルト）を供給する機能を有する形態であればよい。

図９は、ソケット１１１の先端にボルトを供給する場合における把持搬送部４１０の２つのベルト４１１，４１２によって把持された状態のボルトの断面図である。図９に示すように、ボルト４４０は、頭部４４１と、軸部４４２とを備え、軸部４４２のうち頭部４４１と隣接する部分が２つのベルト４１１，４１２によって把持される。この例では、ソケット１１１の先端にはボルト４４０の頭部４４１が嵌め込まれる構成となる。

１００締結装置
１１０ナット締結部
１１１ソケット（締結用の回転軸）
１１２本体
１２３トルク吸収アーム
２００多関節ロボット（移動部）
３００走行装置
４００ナット供給部
４１０把持搬送部
４１１ベルト
４１２ベルト
４１３駆動プーリ
４１４駆動プーリ
４２０供給部
４２１アーム
４２２吸引／解放部
４２３旋回部

Claims

所定数のネジを把持可能であるとともに、把持しているネジを１つずつ第１の位置へ移動させる把持搬送部と、
前記第１の位置でネジを把持し、その把持したネジを、下方に位置する締結用の回転軸の先端へ供給するための第２の位置へ移動させた後に解放して落下させる供給部と、
ネジが供給された前記回転軸を上昇させ、前記回転軸の回転による締結工程の後に前記回転軸を下降させて次の締結対象の位置へ水平方向に移動させる移動部と、を備え、
前記把持搬送部および前記供給部は、前記回転軸の回転トルクを吸収するためのトルク吸収アームに取り付けられ、
前記トルク吸収アームは、前記移動部の移動に追従して移動する、
締結装置。
前記供給部は旋回可能なアームを含み、
前記アームの端部には、吸引によりネジを把持し、吸引の停止によりネジを解放する吸引／解放部が設けられる、
請求項１に記載の締結装置。
前記アームの端部の位置が前記第１の位置のときに前記吸引／解放部の吸引によりネジが把持され、その状態で前記アームが旋回して、前記アームの端部の位置が第２の位置になったときに前記吸引／解放部の吸引の停止によりネジが解放される、
請求項２に記載の締結装置。
前記供給部は、
前記回転軸が次の締結対象の位置へ移動する途中において、前記第１の位置でネジを把持し、その把持したネジを前記第２の位置へ移動した後に解放して落下させて、下方に位置する前記回転軸の先端へネジを供給する、
請求項１に記載の締結装置。
前記供給部は、前記回転軸の先端へネジを供給した後、上昇する前記回転軸と干渉しない位置へ退避する、
請求項４に記載の締結装置。
前記把持搬送部は、
ネジを挟持するための２つのベルトと、前記２つのベルトと１対１に対応し、かつ、ベルトを駆動するための２つの駆動プーリと、を含み、
ネジは、前記２つのベルトに挟持された状態で搬送される、
請求項１に記載の締結装置。