KR101989122B1 - 로봇 시스템 - Google Patents

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KR101989122B1
KR101989122B1 KR1020177019101A KR20177019101A KR101989122B1 KR 101989122 B1 KR101989122 B1 KR 101989122B1 KR 1020177019101 A KR1020177019101 A KR 1020177019101A KR 20177019101 A KR20177019101 A KR 20177019101A KR 101989122 B1 KR101989122 B1 KR 101989122B1
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holding
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screw
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준 타케바야시
슈헤이 쿠라오카
히로유키 미즈모토
히데시 야마네
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

본 발명은 선단이 수나사(8)의 머리부(8a)와 상보적인 형상으로 형성되어, 수나사의 머리부와 계합함으로 인해서, 수나사에 대한 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축(11)과, 유지축을 유지축의 축선 주위의 회전구동하는 유지축 구동부(13)를 가진 나사돌림 기구(1)와, 나사돌림 기구를 유지하여, 나사돌림 기구를 이동시키는 로봇본체(2)와, 로봇본체를 제어하고, 또한 로봇본체와 협조하여 작업을 하는 외부축으로서 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러(3)를 구비하는 로봇 시스템을 제공한다.

Description

로봇 시스템{ROBOT SYSTEM}
본 발명은 로봇 시스템에 관한 것이다.
종래기술로부터 로봇에 의해 나사체결을 행하는 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).
이 장치는 로봇본체와 너트러너 제어부에 의해 제어되는 너트러너와, 로봇본체 및 너트러너 제어부에 접속되고, 로봇본체 및 너트러너 제어부에 지령신호를 출력함으로써 너트러너 제어부를 통해 너트러너를 제어하는 로봇 제어부를 구비한다. 따라서 나사체결을 자동으로 할 수 있다.
특개 2002-331428호 공보
한편, 최근 로봇에 의한 나사의 체결을 점점 더 빠르게 또한 세밀하게 실시하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 장치로는 너트러너와 로봇과의 협조를 빠르게 동시에 세밀하게 행하는 것이 곤란하다는 과제가 있었다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 어떤 태양(態樣)에 따른 로봇 시스템은 선단이 수나사의 머리부와 상보적인 형상으로 형성되어 해당 수나사의 머리부와 계합(係合)함으로써 상기 수나사에 대한 상기 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축(保持軸)과, 상기 유지축을 이 유지축의 축선 주위로 회전구동하는 유지축 구동부를 갖는 나사돌림기구와, 상기 나사돌림기구를 유지(保持)하고, 상기 나사돌림기구를 이동시키는 로봇본체와, 상기 로봇본체를 제어하고 또한 상기 로봇본체와 협조하여 작업을 수행하는 외부축으로서 상기 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러를 구비한다.
이 구성에 의하면, 로봇본체를 제어하는 로봇 컨트롤러가 유지축 구동부도 제어하기 때문에, 종래 기술과 같은 2개의 컨트롤러 간의 주고받음을 위한 소정의 프로토콜에 의한 통신이 불필요하게 되어, 로봇본체와 나사돌림기구와의 협조동작의 지연을 줄일 수 있다. 따라서 나사돌림 작업을 빠르게 하면서 동시에 세밀하게 할 수 있다.
또한, 나사돌림기구의 구성을 간소화 할 수 있으며, 제조에 유리, 또한 제조 비용도 저렴해 진다.
상기 로봇본체는 다관절 로봇이어도 좋다.
이 구성에 의하면, 다관절 로봇을 제어하는 중에, 나사체결 로봇을 제어할 수 있다.
상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지부(保持部)와 계합(係合)한 수나사의 죄기 동작을 행할 때, 상기 유지축의 회전각도위치 및 회전속도의 적어도 한쪽을 제어하고, 또한 상기 유지축 구동부가 상기 유지축 회전구동을 하기위한 전류가 목표토크에 대응하는 제한전류에 도달했는지 여부의 판정에 따라 상기 유지축의 회전구동을 정지하도록 상기 나사돌림기구를 제어해도 좋다.
이 구성에 의하면, 로봇 컨트롤러의 외부축으로서의 유지축 구동부의 구동전류를 이용하여 나사의 체결토크를 검출하기 때문에, 나사체결을 세밀하게 할 수 있으며, 또한 전용의 토크센서가 불필요하게 된다.
상기 로봇 컨트롤러에 접속되며, 상기 유지축과 계합(係合)하는 계합부(係合部)를 가지며, 이 계합부(係合部)의 부하 토크를 검출하는 토크 센서를 더 구비하고, 상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지축을 이동시켜 이 유지축과 상기 계합부(係合部)와를 계합(係合)하고 상기 유지축 구동부에 소정의 전류가 공급되도록 제어하고 이 전류와 상기 토크 센서가 검출한 상기 부하 토크와를 관련지어 상기 테이블을 작성하고, 이 테이블에 기초하여 상기 제한전류를 산출해도 좋다.
이 구성에 따르면, 나사의 목표 체결 토크와 실제의 체결 토크의 괴리(乖離)를 자동으로 방지 할 수 있다.
상기 로봇 컨트롤러는 상기 수나사와 해당 수나사에 대응하는 암나사구멍과를 나사로 끼워 맞춘(계합한) 후에 상기 수나사를 상기 암나사에 나입(螺入)시킬 때, 상기 수나사의 나입동작 개시위치에서 이 나입동작 개시위치와 나입동작 종료위치 사이의 기준위치에 상기 수나사가 위치하고 있는 동안은 상기 기준위치에서 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다 회전속도가 높아지도록 상기 유지축 구동부를 제어해도 좋다.
이 구성에 의하면, 나사 조임을 신속하게 할 수 있다.
상기 유지축은 상기 유지축 구동부에 대해 회전력 수신 가능하고 또한, 이 유지축의 축선 방향으로 소정거리 상대적으로 이동가능하게 구성되고, 상기 유지축 구동부에 상기 유지축을 기단(基端)에서 선단을 향하는 방향으로 가압(付勢)하는 가압부와, 상기 유지축의 축방향에서의 상기 유지축의 상기 유지축 구동부에 대한 상대적인 위치를 검출하는 위치검출부를 더 포함해도 좋다.
이 구성에 의하면, 나사조임 중에 유지축 구동부를 소정위치시킨채로 나사체결을 할 수 있기 때문에 로봇 컨트롤러에 의한 제어를 간소화 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 어떤 태양(態樣)에 따른 로봇 시스템의 제어방법은 선단이 수나사의 머리부와 상보적인 형상으로 형성되어 해당 수나사의 머리부와 계합함으로써, 상기 수나사에 대한 상기 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축과, 상기 유지축을 해당 유지축의 축선 주위로 회전구동하는 유지축 구동부와를 갖는 나사돌림기구와, 상기 나사 돌리개기구를 유지하고, 상기 나사돌림기구를 이동시키는 로봇본체와, 상기 로봇본체를 제어하고 또한 상기 로봇본체와 협조하여 작업을 수행하는 외부축으로서, 상기 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러와를 갖추고, 상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지부와 계합한 수나사의 조이는 동작을 행할 때, 상기 유지축의 회전각도위치 및 회전속도의 하나 이상을 제어하고 또한 상기 유지축 구동부가 상기 유지축을 회전구동하기 위한 전류가 목표 토크에 대응하는 제한전류에 도달했는지 여부의 판정에 따라 상기 유지축의 회전구동을 정지하도록 상기 나사돌림기구를 제어하도록 구성되어 있다.
이 구성에 의하면, 로봇 컨트롤러의 외부축으로서의 유지축 구동부의 구동전류를 이용하여 나사의 체결토크를 검출하기 때문에, 나사체결을 세밀하게 할 수 있으며, 또한 전용의 토크 센서가 불필요하게 된다.
상기 로봇 컨트롤러에 접속되어, 상기 유지축과 계합하는 계합부를 가지며, 이 계합부의 부하 토크를 검출하는 토크 센서를 더 구비하고, 상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지축을 이동시켜 이 유지축과 상기 계합부와 계합시키고, 상기 유지축 구동부에 소정의 전류가 공급되도록 제어하고 이 전류와 상기 토크 센서가 검출한 상기 부하 토크를 관련지어서 상기 테이블을 작성하고, 해당 테이블에 기초하여 상기 제한전류를 산출해도 좋다.
이 구성에 따르면, 나사의 목표 체결토크와 실제 체결의 괴리를 자동으로 방지 할 수 있다.
상기 로봇 컨트롤러는 상기 수나사와 이 수나사에 대응하는 암나사의 구멍과를 끼워 맞춘 후에 상기 수나사를 상기 암나사에 나입할 때, 상기 수나사의 나입동작 개시위치에서 이 나입동작 개시위치와 나입동작 종료위치 사이의 기준위치에 상기 수나사가 위치하고 있는 사이는 이 기준위치에서 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다 속도가 높아지도록 상기 유지축 구동부를 제어해도 좋다
이 구성에 의하면, 나사 조임을 신속하게 할 수 있다.
본 발명은 나사돌림 작업을 빠르게 또한 세밀하게 할 수 있다는 효과를 나타낸다.
도1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇 시스템의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도2는 도1의 로봇 시스템의 나사돌림기구의 구성예를 나타낸 요부 단면도이다
도3은 도1의 로봇 시스템의 로봇 컨트롤러의 구성예를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도4a는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도4b는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도4c는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도4d는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도5a는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 나사제거 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도5b는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 나사제거 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도5c는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 나사제거 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도6a는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 임시조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도6b는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 임시조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도6c는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 임시조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도6d는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 임시조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도7a는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 본 조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다. 나타내는 도면이다.
도7b는 도1의 로봇 시스템의 동작예를 나타내는 도면이며, 본 조임 동작의 동작예를 나타내는 도면이다.
도8는 도1의 로봇 시스템의 동작예에 있어서, 서보앰프의 전류 검출부에서 검출한 유지축 구동부에 대해서 출력하는 전류값의 변화 및 유지축 위치검출부가 검출한 유지축 위치의 변화를 나타낸 그래프이며, 임시조임 동작의 변화를 나타낸 그래프이다.
도9는 도1의 로봇 시스템의 동작예에서, 서보앰프의 전류 검출부가 검출한 유지축 구동부에 대해 출력하는 전류값의 변화 및 유지축 위치검출부가 검출한 유지축 위치의 변화를 나타낸 그래프이며, 본 조임동작에 있어서의 변화를 나타낸 그래프이다.
도10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 로봇 시스템의 제어방법의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도11은 도10의 로봇 시스템의 제어방법의 로봇 컨트롤러의 구성예를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도12는 도10의 로봇 시스템의 제어방법의 제한전류 산출 테이블을 나타내는 도면이다.
(본 발명의 착안점)
본 발명자 등은 로봇에 의한 나사의 체결을 빠르게 하면서도 세밀하게 하는 것을 예의 검토했다. 그리고 종래 기술에는 다음과 같은 결점이 존재하는 것에 착안했다.
나사조임 동작은 일반적으로 임시조임 및 본 조임, 나사의 나사구멍에 나입할 때의 회전속도 조절, 체결토크 관리 등을 포함한다. 구체적으로 설명하면, 2개의 물품을 복수의 나사를 이용하여 체결하는 경우, 체결력을 균일하게 분산하기 위해 복수의 나사를 임시조임한 후 본 조임을 한다. 이 경우 너트러너를 로봇에의해 복수의 나사 조임 개소에 순차적으로 이동시키면서 나사체결을 하지만, 그러기 위해서는 나사체결을 할때마다, 나사체결 개소에 도달한 것을 로봇이 너트러너에 통지하고 또한 나사조임 작업이 종료되었음을 너트러너가 로봇에 통지할 필요가 있다. 또한 나사를 나사구멍에 나입하는 경우에는, 확실히 나사의 축심(軸心)과 나사구멍의 중심축과를 일치시키기 위해 낮은 회전속도로 나사를 나사구멍에 나입하고, 그 후에 회전속도를 소정 회전속도에 올리고 나사를 조인다. 이 경우 나사체결이 진행됨에 따라 나사가 전진한다. 만약 너트러너에 있어서, 나사로의 회전력의 전달부위인 소켓을 나사의 전진에 추종(追從)시키기 위해서, 너트러너를 로봇에의해 이동시키는 방법을 채용한다면, 나사의 전진에 관한 정보(회전속도, 나사의 위치 등)를 실시간으로 너트러너가 로봇에 제공할 필요가 있다. 또한 나사 조임의 질을 담보하기 위해 체결토크를 관리하지만, 이 경우 너트러너가 체결토크를 검지하여, 그것이 허용 범위 내에 있다는 것을 로봇에 통지 할 필요가 있다.
이와 같이, 너트러너를 로봇에 장착하여 나사조임 작업을 할 경우 너트러너와 로봇이 협조할 필요가 있다.
그러나 너트러너와 로봇과는 각각 별개의 컨트롤러에의해 제어되고, 또한 2개의 컨트롤러 사이의 지령이나 데이터 등의 교환은 소정의 프로토콜에 의한 통신에 의해 이루어진다. 그렇기 때문에 2개의 컨트롤러 사이의 지령이나 데이터 등의 교환에 시간이 걸리므로 너트러너와 로봇과의 협조를 빠르게 동시에 세밀하게 하기가 곤란하다.
이에, 본 발명자 등은 이 종래 기술의 단점을 극복하기 위해, 선단이 수나사의 머리부와 상보적인 형상으로 형성되어 이 수나사의 머리부와 계합함으로 인해, 상기 수나사 대한 이 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축과, 상기 유지축을 이 유지축의 축선 주위로 회전구동하는 유지축 구동부를 갖는 나사돌림기구와, 상기 나사돌림기구를 유지하고, 상기 나사돌림기구를 이동시키는 로봇본체와, 상기 로봇본체를 제어하고 또한 상기 로봇본체와 협조하여 작업을 수행하는 외부축으로서 상기 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러를 구비하는 로봇 시스템의 발명에 생각이 미쳤다.
본 발명에 의하면, 로봇본체를 제어하는 로봇 컨트롤러가 유지축 구동부도 제어하기 때문에, 종래 기술과 같은 2개의 컨트롤러 사이의 주고받음을 위한 소정의 프로토콜에 의한 통신이 불필요하게 되고, 로봇본체와 나사돌림기구와의 협조동작의 지연을 줄일 수 있다. 따라서, 나사돌림 작업을 빠르게 또한 세밀하게 할 수 있다. 또한 나사돌림기구의 구성을 간소화 할 수 있으며, 제조에 유리하고 제조 비용도 저렴해진다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한 이하에서는 모든 도면을 통해 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 참조부호를 붙이고 그 중복 설명을 생략한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태1 에 따른 로봇 시스템(100)의 구성 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
로봇 시스템(100)은 나사 체결작업에 사용할 수 있다.
도1에 나타낸 바와 같이 로봇 시스템(100)은 나사돌림기구(1)와 로봇본체(2)와 로봇 컨트롤러(3)를 구비한다.
[로봇본체]
로봇본체(2)는 예를 들어, 다관절형 산업용 로봇(다관절 로봇)이다. 로봇본체(2)는 기부(基部)(21)와, 다관절 암(22)과, 암 구동부(23)(도3 참조)를 갖는다.
기부(21)는 바닥 등의 재치면(載置面)에 설치되는 대이며, 암(22)을 지지하고 있다.
암(22)은 예를 들어, 복수의 관절을 갖춘 기단부가 기부(21)에 대해 회동가능하게 연결되어 있다.
암 구동부(23)는 구동축을 회전구동시킴으로써 나사돌림기구(1)를 동작영역 내의 소정 위치 시키도록 암(22)의 관절축을 구동하고 나사돌림기구(1)를 이동시킨다. 암 구동부(23)는 암 구동부(23)의 구동축의 회전각도위치, 회전속도를 검출하는 엔코더(23e)(도3 참조)를 구비한다.
[나사돌림기구]
도2는 로봇 시스템(100)의 나사돌림기구(1)의 구성예를 나타낸 요부 단면도이다.
도2에 나타낸 바와 같이, 나사돌림기구(1)는 유지축(11)과, 유지축 구동부(13)와를 구비한다. 또한, 본 실시 형태에서 나사돌림기구(1)는 축지지부(12)와, 유지축 위치검출부(14)와, 지지 테두리(15)를 구비한다.
유지축(11)은 선단부에 수나사(8)의 머리부(8a)와 계합하는 계합부(11a)를 갖고 있다. 계합부(11a)는 유지축(11)의 축선(L1)의 연장 방향에서 볼 때, 예를 들면 대략 정육각형의 볼록한 형상으로 형성되어 있다. 또한 수나사(8)의 머리부(8a)에는 수나사(8)의 축방향에서 볼 때, 대략 정육각형의 홈이 형성되고, 계합부(11a)와 상보적인 형상으로 형성되어 있다. 즉, 계합부(11a) 및 수나사(8)의 머리부(8a)는 서로의 축선 및 축선(L1) 주위의 각도위치(위상(位相))을 일치시킴으로써, 계합시킬 수 있도록 되어있다. 그리고 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)를 계합시킴으로써, 수나사(8)에 대한 수나사(8)의 축선 주위의 상대적인 위치관계가 고정되도록 구성되어있다. 통상, 유지축(11)의 계합부(11a)가 수나사(8)의 머리부(8a)의 형상에 따른 형상이 되도록, 유지축(11)은 사용하는 수나사(8)의 종류에 따라 복수 준비된다.
또한 유지축(11)은 기단부에 후술하는 축지지부(12)의 선단부에 탈착 가능하게 구성된 접속부(11b)를 가진다.
또한 유지축(11)은 자석이고, 자성체로 구성된 수나사(8)를 끌어 당길 수 있도록 구성되어있다. 따라서 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)와 계합함으로써, 수나사(8)를 유지축(11)에 계지(係止)할 수 있다.
축 지지부(12)는 유지축(11)을 지지하고, 유지축 구동부(13)의 회전구동력을 유지축(11)에 전달한다. 본 실시 형태에서, 축지지부(12)는 고정축(31)과 가동축(32)와 스프링(33)을 가진다.
고정축(31)은 축선(L1)의 연장 방향으로 늘어나는 막대 형상으로 형성되어있다.
가동축(32)은 축선(L1)의 연장 방향으로 늘어나는 막대 형상으로 형성되어있다. 가동축(32)은 선단부에 접속부(32a)를 가진다. 접속부(32a)는 유지축(11)의 접속부(11b)에 탈착 가능하게 구성되어, 유지축(11)을 계합부(11a)의 형상이 사용하는 수나사(8)의 종류에 따른 형상으로 교환할 수 있도록 되어있다.
또한 가동축(32)의 접속부(32a) 및 유지축(11)을 계합부(11a)는 가동축(32)접속부(32a)에 유지축(11)의 접속부(11b)를 설치하여, 최소한, 축선(L1) 주위의 상대적인 위치관계가 고정되도록 구성되어 있다. 따라서 가동축(32)을 회전 시키면 동시에 유지축(11)도 회전하도록 구성되어 있다.
또한 가동축(32)은 기단부에 계합 오목부(32b)를 가진다. 계합 오목부(32b)는 축선(L1)의 연장 방향에서 볼 때, 고정축(31)의 선단부에 끼워져, 고정축(31)에 대해 축선(L1)의 연장 방향으로 미끄러질 수 있도록 구성되어 있다. 이에 따라 유지축(11)은 제1위치(P1)과 제1위치(P1)에서 축선(L1)의 유지축(11)의 선단에서 기단으로 향하는 방향으로 움직이게 하고, 고정축(31)의 기단에 가깝게 한 제2위치(P2)와의 사이를 움직일 수 있도록 구성되어있다. 즉, 유지축(11)은 유지축 구동부(13)에 대하여, 회전력 수신 가능하면서도 유지축(11)의 축선 방향으로 거리(D1)상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
그리고 가동축(32)의 계합 오목부(32b)는 축선(L1)의 연장 방향에서 볼 때 고정축(31)의 선단부와 상보적인 형상으로 형성되어 가동축(32)과 고정축(31)과는 축선(L1) 주위의 상대적인 위치관계가 고정되도록 구성되어있다. 구체적으로는, 계합 오목부(32b) 및 고정축(31)의 선단부가 서로 미세한 틈을 가지고 끼워맞추는 비원형(예를 들어 다각형, 외주에 요철을 갖는 원형 등)의 단면을 갖도록 형성된다. 따라서, 고정축(31)을 회전 시키면, 고정축(31)과 함께 가동축(32) 및 유지축(11)이 회전하도록 구성되어 있다.
스프링(33)은 압축코일 스프링이고, 고정축(31)의 외측이며, 고정축(31)의 기단부와 가동축(32)의 기단부와의 사이에 위치하도록 고정축(31)에 끼워져 양단부가 각각 고정축(31)의 기단부 및 가동축(32)의 기단부에 당접(當接)해 있다. 따라서 스프링(33)은 고정축(31)의 기단부와 가동축(32)의 기단부와를 서로 이간하도록 가압(付勢)하고 있다. 따라서 정상상태에서, 가동축(32)은 제1위치(P1)에 위치하도록 구성되고, 유지축(11)이 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)쪽으로 밀려남으로 인해, 스프링(33)의 가압력(付勢力)에 대항하여 유지축(11)이 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)쪽으로 이동하도록 구성되어 있다.
또한, 스프링(33)은 압축코일 스프링에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인장코일 스프링을 이용하여 정상상태에 있어서 가동축(32)은 제1위치(P1)에 위치하도록 구성되고, 유지축(11)이 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)를 향해 밀려남으로 인해, 스프링(33)의 가압력에 대항하여 유지축(11)이 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)쪽으로 이동하도록 구성해도 좋다. 또한 스프링(33)은 코일 스프링에 한정되는 것이 아니라, 가스 스프링이어도 좋다.
또한, 제1위치(P1)는 제1위치(P1)에 위치하는 가동축(32)이 지지 테두리(15)의 가이드부(15a)또는 그 근방 부위에 당접하고, 축선(L1) 방향에 있어서, 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)로 향하는 쪽으로 이동하지 않도록 규제됨으로써 규정되어있다.
유지축 구동부(13)는 축지지부(12)를 통해 유지축(11)을 축선(L1) 주위에 회전구동한다. 유지축 구동부(13)는 예를 들면 서보모터이다. 유지축 구동부(13)의 구동축(13a)은 고정축(31)의 기단부에 고정적으로 연결되어 있다. 따라서 유지축 구동부(13)는 그 구동력에 의해 고정축(31), 가동축(32)및 유지축(11)을 회전시키고, 이에 따라 유지축(11)과 계합하는 수나사(8)의 나사조임 작업을 할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 구동축(13a)은 구동축(13a)의 각도위치 및 회전속도를 검출하는 엔코더(13e)(도3 참조)를 구비한다.
지지 테두리(15)는, 예를 들어 원통형으로 구성되어, 고정축(31) 및 가동축(32)의 외부에 끼워져 있다. 그리고, 지지 테두리(15)의 기단부는 유지축 구동부(13)를 지지하고 있다. 상술한 바와 같이, 유지축 구동부(13)의 구동축(13a)와 고정축(31)은 고정되어 있기 때문에, 지지 테두리(15)와 고정축(31)과의 축선(L1)의 연장 방향에서의 상대적인 위치관계는 고정되어 있다.
유지축 위치 검출부(14)는 축선(L1)의 연장 방향에 있어서의 유지축(11) 축 지지부(12)에 대한 상대적인 위치를 검출하는 것이다.
또한, 가이드부(15a)가 지지 테두리(15)의 선단부와 가동축(32)과의 사이에 개재(介在)하도록 설치되어있다. 가이드부(15a)는 가동축(32)이 지지 테두리(15)에 대해 축선(L1)의 축선 방향으로 이동 가능하게 안내함과 동시에, 축선(L1) 주위에 회전 가능하게 안내한다.
유지축 위치 검출부(14)는 예를 들면, 레이저 변위계인 센서 본체(41)와, 반사판(42)과, 반사판 지지부(43)를 가진다.
센서 본체(41)는 축선(L1)과 평행하게 연장된 축선(L2)상에 배설(配設)된 반사판(42)에 대해 레이저광을 조사하여, 반사판(42)로부터의 반사광에 의해 반사판(42)과의 거리를 검출할 수 있도록 구성되어 있다. 센서 본체(41)는 지지 테두리(15)에 설치되어있다. 따라서, 센서 본체(41)는 고정축(31)에 대한 축선(L1)의 연장 방향에서의 상대적인 위치관계는 고정되어있다.
반사판(42)는 축선(L2)상에 배설되어, 반사판 지지부(43)를 통해 지지 테두리(15)에 설치되어 있다.
반사판 지지부(43)는 지지축(43a)과, 지지축 연결부(43b)와, 지지축 안내부(43c)를 구비 한다. 지지축(43a)은 축선(L1)과 평행하게 연장되는 축선(L2)에 따라 연장되고, 기단부에 반사판(42)가 설치되어 있다. 지지축 연결부(43b)는 가동축(32)에 베어링을 통해 설치되어 있다. 따라서, 지지축 연결부(43b)는 가동축(32)에 대해, 축선(L1) 주위에서 상대적으로 회전하도록 구성되어있다. 한편, 지지축 연결부(43b)는 가동축(32)에 대해, 축선(L1)의 연장 방향으로 움직이지 않도록 고정되어 설치되어 있다. 그리고 지지축(43a)의 선단이 지지축 연결부(43b)에 설치되어 있다. 지지축 안내부(43c)는 지지 테두리(15)에 고착되어 있다. 또한 지지축 안내부(43c)는 축선(L2)과 동일한 축의 삽통공(揷通孔 : 끼워 통하게 하는 구멍)을 가지며, 해당 삽통공에는 지지축(43a)가 삽통(揷通 : 끼워 통하게 하는 것)되어 있다. 따라서, 지지축 안내부(43c)는 지지축(43a)을 축선(L2)의 연장 방향으로 안내하도록 구성되어 있다. 한편, 지지축 안내부(43c)는 지지축(43a)이 축선(L2)의 연장 방향과 직교하는 평면에서 움직이지 않도록 규제하고 있다.
따라서 상술 한 바와 같이, 지지축 연결부(43b)는 가동축(32)에 대해, 축선(L1)의 연장 방향으로 움직이지 않도록 고정되어 장착되어 있고, 더욱이 지지축 안내부(43c)는 지지축(43a)을 축선(L2)의 연장 방향으로 안내하도록 구성되어 있기 때문에, 유지축(11) 및 가동축(32)이 지지 테두리(15)에 대해, 축선(L1)의 연장 방향에 상대적으로 이동하면, 유지축(11) 및 가동축(32)과 함께 지지축 연결부(43b), 지지축(43a) 및 반사판(42)이 지지 테두리(15)에 대해서 축선(L1)의 연장 방향으로 상대적으로 이동한다. 한편, 센서 본체(41)는 상술한 바와 같이, 지지 테두리(15)에 설치되어 있기 때문에, 유지축(11)및 가동축(32)의 이동에 따라 이동하지 않는다. 따라서 축선(L1)의 연장 방향에 있어서의 센서 본체(41)와 반사판(42)과의 거리가 변화하고, 그 거리의 변화를 센서 본체(41)가 검출하도록 구성되어 있다. 즉, 유지축 위치 검출부(14)는 축선(L1)의 연장 방향에 있어서의 유지축(11)의 유지축 구동부(13)에 대한 상대적인 위치를 검출할 수 있도록 구성되어 있다.
또한 상술 한 바와 같이, 지지축 연결부(43b)는 가동축(32)에 대해 축선(L1) 주위에 상대적으로 회전하도록 구성되고, 더욱이 지지축 안내부(43c)는 지지축(43a)이 축선(L2)의 연장 방향과 직교하는 평면에 있어서 움직이지 않도록 규제하고 있기 때문에, 가동축(32)이 축선(L1) 주위에서 회전해도 반사판(42) 및 반사판 지지부(43)는 가동축(32)과 함께 회전하지 않도록 구성되어 있다. 따라서, 반사판(42)이 축선(L2)에서 벗어나지 않도록 않도록 되어 있다.
[로봇 컨트롤러]
도3은 로봇 컨트롤러(3)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 이하,3을 참조하면서 로봇 시스템(100)의 제어 계통에 대해 설명한다.
로봇 컨트롤러(3)는 로봇본체(2)의 주변에 배치되어, 로봇본체(2)의 관절축 및 로봇본체(2) 이외의 제어대상축의 위치제어, 속도제어 또는 전류제어를 행한다. 이 로봇본체(2) 이외의 제어대상축이 로봇 컨트롤러(3)의 외부축을 구성한다. 그리고, 본 실시 형태에서, 로봇 컨트롤러(3)는 외부축으로서 유지축 구동부(13)의 구동축(13a)을 제어한다. 따라서 로봇 컨트롤러(3)는 로봇본체(2)의 관절축의 제어를 행할 수 있도록, 나사돌림기구(1)의 유지축 구동부(13)의 구동축(13a)제어도 할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 로봇본체(2)를 조작하는 사람이 볼 때, 로봇본체(2)에 대한 동작명령과 같은 동작 명령을 사용하여 나사돌림기구(1)를 제어 할 수 있고, 다관절 로봇을 제어하는 중에 나사조임 로봇을 제어 할 수 있다. 따라서 나사돌림기구(1)가 독자의 동작명령에 따라 동작하는 경우와 비교하여, 로봇 시스템(100)의 구성을 간소한 것으로 할 수 있다. 따라서, 제조에 유리하고, 또한 제조 비용도 저렴해 진다. 이하, 로봇 컨트롤러(3)의 구성에 대해 상세히 설명한다.
로봇 컨트롤러(3)는 예를 들어, CPU 등의 연산기를 갖는 제어부(51)와 ROM 및 RAM 등의 메모리를 갖는 기억부(54)와 암 구동부(23) 및 유지축 구동부(13)에 대응하는 서보앰프(52)를 구비하고 있다.
제어부(51)는 목표 각도위치, 목표 회전속도 또는 목표 토크를 결정하고 서보앰프를 통해 암 구동부(23)및 유지축 구동부(13)의 구동을 제어한다. 제어부(51)는 집중제어하는 단독의 제어장치로 구성되어 있어도 좋고, 서로 협력하여 분산 제어하는 복수의 제어기로 구성되어 있어도 좋다.
서보앰프(52)는 서보 모터인 암 구동부(23) 및 유지축 구동부(13)의 서보 제어를 행하는 것이다. 즉, 서보앰프(52)는 제어부(51)에서 결정된 목표 각도위치, 목표 회전속도 또는 목표 토크에 대한 현재 값과의 편차를 0이 되도록 추종 제어를 실시한다. 그리고 서보앰프(52)는 암 구동부(23) 및 유지축 구동부(13)에 출력하는 전류값을 검출하는 전류 검출부(미도시)를 구비한다.
암 구동부(23)의 엔코더(23e)(도3참조) 및 유지축 구동부(13)의 엔코더(13e)에서 출력된 회전각도 위치정보 및 회전속도정보, 및 유지축 위치 검출부(14)로부터 출력된 유지축(11)의 위치정보는, 제어부(51)에 입력된다. 또한 서보앰프(52)의 전류 검출부에서 검출된 서보앰프(52)로부터 암 구동부(23) 및 유지축 구동부(13)에 대해 출력된 전류의 전류값 정보도 제어부(51)에 입력된다.
기억 부(54)에 소정의 제어 프로그램이 기억되어 있고, 제어부가 이러한 제어 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 나사돌림기구(1) 및 로봇본체(2)의 동작이 제어된다. 또한, 기억부(54)는 서보앰프(52)에서 유지축 구동부(13)에 대해 출력된 전류값과 그 전류값에 대응하는 유지축 구동부(13)의 체결토크와의 관계를 나타내는 제한전류 산출테이블(T)를 기억하고 있다.
또한, 기억부(54)는 나사돌림기구(1)의 후술하는 나사제거 접근위치(Pa), 나사제거 위치(Pb), 나사제거 퇴피위치(Pc), 임시조임 접근위치(Pf)가 임시조임 위치(Pg), 본 조임 접근위치(Ps) 및 본 조임위치(Pt)가 기억되어 있다. 또한, 기억부(54)에는 유지축(11)의 제3위치(P3), 제5위치(P5) 및 제6위치(P6)가 기억되어 있다.
[동작 예]
다음으로, 로봇 시스템(100)의 동작예를 설명한다.
도4a는 본 발명의 실시 형태에서 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
우선, 도4a에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 나사돌림기구(1)을 이동시켜, 나사 거치대(110)에 셋트(유지)되어 있는 수나사(8)를 유지축(11)에 유지시키는 나사제거 동작을 수행한다(스텝S1). 예를 들어, 수나사(8)는 나사 거치대(110)(도6a 참조)의 삽통공(110a)에 삽통되어서 나사 거치대(110)에 유지되어 있다. 삽통공(110a)은 수나사(8)의 나사축의 지름보다도 약간 큰 지름으로 형성되어, 수나사(8)를 용이하게 뽑아낼 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 유지축(11)에 수나사(8)가 유지되면, 다음으로, 수나사(8)와 끼워 맞추는 암나사 구멍(9)이 설치되어 있는 위치에 수나사(8)를 운반하고 수나사(8)와 암나사 구멍(9)을 끼워 맞추어 나입시키는 임시조임 동작을 실시한다(스텝 S2).
다음으로, 수나사(8)를 소정의 체결토크로 조인 본 조임 동작을 수행한다(스텝 S3). 또한, 그 후, 임의의 퇴피위치에 나사돌림기구(1)을 이동시켜도 좋다. 이하, 나사제거동작, 임시조임동작, 및 본 조임동작에 대해 자세히 설명한다.
<나사제거 동작>
도4b는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이며, 나사제거 동작을 설명하는 것이다.
도5a ~ c는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 도면이다.
우선, 도5a에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여, 나사제거 접근위치(Pa)에 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S11). 나사제거 접근위치(Pa)는 유지축(11)의 계합부(11a)가 나사 거치대(110)에 유지되어 있는 수나사(8)의 머리부(8a)와 대치하는 위치이며, 동시에 수나사(8)의 축선과 유지축(11)의 축선(L1)과 일치하는 위치이다.
다음으로, 도5b에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여 축선(L1)에 따라 나사돌림기구(1)를 움직이고, 나사제거 위치(Pb)에 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S12). 나사제거 위치(Pb)는, 나사제거 접근위치(Pa)의 축선(L1)의 연장 방향에서 유지축(11)을 수나사(8)에 가까이 하는 쪽(유지축(11)의 기단으로부터 선단을 향하는 쪽)으로 설정되며, 더욱이 유지축(11)의 계합부(11a) 및 수나사(8)의 머리부(8a)의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치하면, 유지축(11)은 스프링(33)의 가압력에 대항하여 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 향하는 방향으로 조금 밀어 넣어진 제3위치(P3)에 위치한 상태에서 수나사(8)과 계합하는 위치이다.
또한, 수나사(8)를 나사 거치대(110)에 셋트할 때에는 일반적으로 수나사(8)의 축선 주위의 각도위치는 랜덤으로 설정되기 때문에 유지축(11)의 계합부(11a) 및 수나사(8)의 머리부(8a)의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치하지 않을 가능성이 있다. 이 경우, 도5c에 나타난 바와 같이, 나사제거 위치(Pb)에 위치한 나사돌림기구(1)의 유지축(11)의 계합부(11a)는 수나사(8)의 머리부(8a)의 홈(溝)에 끼우지 않고 머리부(8a)에 얹혀서 제3위치(P3)보다도 더욱 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 향하는 방향으로 밀어 넣어진다.
다음으로, 제어부(51)는 유지축 위치 검출부(14)로부터 출력된 유지축(11)의 위치정보를 바탕으로, 유지축(11)이 제3위치(P3)에 위치하는지 여부를 판정한다(스텝S13). 상술한 바와 같이, 유지축(11)의 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)가 계합해 있으면, 유지축(11)은 제3위치(P3)에 위치한다. 한편, 유지축(11)과 수나사(8)가 계합하지 않는 경우, 유지축(11)은 제3위치(P3)보다도 더욱 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 향하는 방향으로 거리(D1) 밀어 넣어진다. 따라서, 해당 판정을 실시함으로써 유지축(11)의 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)가 계합해 있는지를 판정 할 수 있다.
그리고, 제어부(51)는 유지축(11)이 제3위치(P3)에 위치하고 있지 않다고 판정하면(스텝S13에서의 No), 다음으로, 제어부(51)는 유지축(11)을 회전시킨다(스텝S14). 이 때, 유지축(11)의 계합부(11a)및 수나사(8)의 머리부(8a)의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치하면 스프링(33)의 가압력에 의해 유지축(11)의 계합부(11a)는 수나사(8)의 머리부(8a)의 홈에 밀어 넣어져서, 유지축(11)의 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)가 계합한다. 그리고 다시 유지축(11)이 제3위치(P3)에 위치하는지 여부를 판정한다. 즉, 유지축(11)의 계합부(11a) 및 수나사(8)의 머리부(8a)의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치할 때까지 유지축(11)을 회전시킨다. 이에 따라 유지축(11)과 수나사(8)를 계합시킬 수 있다. 그리고, 유지축(11)과 수나사(8)가 계합하면 자석인 유지축(11)은, 자성체로 구성된 수나사(8)를 끌어 당겨서 유지축(11)은 수나사(8)에 유지된다.
그리고, 제어부(51)는 유지축(11)이 제3위치(P3)에 위치하는 것으로 판정하면(스텝S13에서의 Yes), 제어부(51)는 나사돌림기구(1)를 나사제거 퇴피위치(Pc)에 위치시킨다(스텝S15). 따라서, 수나사(8)는 나사 거치대(110)로부터 떨어진다. 그리고, 나사제거 작업을 종료한다.
<임시조임 동작>
도4c는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이고, 임시조임 동작을 설명한 것이다.
도6a ~ d는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 도면이다.
도8은 로봇 시스템(100)의 동작 예에서, 서보앰프(52)의 전류 검출부가 검출한 유지축 구동부 (13)에 대해 출력한 전류값의 변화, 및 유지축 위치검출부(14)가 검출한 유지축(11)의 위치변화를 나타낸 그래프이며, 임시조임 동작에서의 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도6a에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여, 임시조임 접근위치(Pf)에 수나사(8)를 유지축(11)에 유지시킨 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S21). 임시조임 접근위치(Pf)는 유지축(11)이 유지한 수나사(8)의 선단이 암나사구멍(9)의 단부와 대치하는 위치에 설정되고, 동시에 수나사(8)를 끼워 맞추는 암나사구멍(9)의 축선과 유지축(11)의 축선(L1)과 일치하는 위치이다.
다음으로, 도6B에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여 축선(L1)에 따라 나사돌림기구(1)을 움직여서 임시조임 위치(Pg)에 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S22). 임시조임 위치(Pg)는 임시조임 접근위치(Pf)의 축선(L1)의 연장 방향에서 수나사(8)를 암나사구멍(9)에 가까운 쪽(유지축(11)의 기단으로부터 선단을 향하는 쪽)으로 설정되어, 더욱 유지축(11)에 유지되는 수나사(8)의 선단과 암나사구멍(9)의 단부가 당접하는 위치이다. 이 상태에서 유지축(11)은 스프링(33)의 가압력에 대항하여 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 향하는 방향으로 크게 밀어 넣어진 위치하도록 임시조임 위치(Pg)는 구성된다. 이 위치는 제1위치(P1)에서의 거리가 수나사(8)의 나사 축의 나사 홈이 잘린 부분의 길이보다 길어 지도록 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 제어부(51)는 유지축 위치 검출부(14)로부터 입력된 유지축(11)의 축선(L1) 방향에서의 위치를, 제4위치(P4)로써 기억부(54)에 격납한다.
다음으로, 제어부(51)는 유지축 구동부(13)를 구동하고. 유지축(11)을 수나사(8)의 조임방향으로 저속으로 회전시킨다(스텝S23). 이것은 수나사(8)과 암나사구멍(9)을 끼워 맞추는 걸기동작이다. 이 때, 제어부(51)는 유지축(11)의 회전각도위치 및 회전속도 중 적어도 한쪽을 제어한다.
그리고 수나사(8)의 나사산(螺子山)의 선단과 암나사 구멍(9)의 나사 홈의 선단의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치하고, 수나사(8)와 암나사구멍(9)이 끼워 맞추면(걸리면) 수나사(8)가 암나사구멍(9)에 나입해간다. 이에 따라 유지축 위치 검출부(14)로부터 입력된 유지축(11)의 위치와 제4위치(P4)와의 차이가 커진다.
다음으로, 제어부(51)는 유지축 위치 검출부(14)로부터 입력된 유지축(11)의 위치와 제4위치(P4)의 차이(변위)가 소정의 값보다도 커졌다고 판단될 때까지 유지축(11)을 수나사(8)의 조임방향으로 저속으로 회전시킨다(스텝S24). 해당 소정의 값은 수나사(8)와 암나사구멍(9)이 확실하게 끼워 맞춘 때의 나입의 깊이치수에 따른 값으로 설정되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 수나사(8)의 나사피치의 1/2의 값이다.
또한, 상술 한 바와 같이 유지축(11)은 스프링(33)에 의해 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)를 향해 가압되어 있기 때문에, 수나사(8)가 암나사구멍(9)에 가라앉으면, 이에 추종해서 유지축(11)은 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)쪽으로 이동하도록 구성되어 있다. 따라서, 암나사구멍(9)이 나사돌림기구(1)에서 떨어져도 유지축(11)의 계합부(11a)와 수나사(8)의 머리부(8a)와의 계합상태가 유지되도록 구성되어 있다. 따라서 나사돌림기구(1)를 소정위치시킨 채로 나사를 체결할 수 있다. 따라서, 로봇 컨트롤러(3)에 의한 제어 내용을 간소화 할 수 있다. 또한, 수나사(8)와 암나사구멍(9)이 끼워 맞추어진 때의 수나사(8)의 위치(회전각도위치)가 나입동작 개시위치를 구성한다.
다음으로, 수나사(8)가 암나사구멍(9)에 걸리면 제어부(51)는 유지축(11)을 수나사(8)의 조임 방향으로 속도V1(도8 참조)에서 회전시킨다(스텝S25). 이 때, 제어부(51)는 유지축(11)의 회전각도위치 및 속도 중 하나 이상을 제어한다.
다음으로, 도6c에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 제5위치(P5)에 유지축(11)이 위치할 때까지 유지축(11)을 속도V1으로 회전시킨다(스텝S26). 제5위치(P5)에 유지축(11)이 위치하는 것, 예를 들어, 유지축(11)의 회전각도위치 또는 유지축 위치검출부(14)로부터 입력된 유지축(11)의 축선(L1) 방향의 위치에 기초해서 검출된다.
그리고, 제어부(51)는 유지축(11)이 제5위치(P5)에 위치했다고 판정하면, 다음으로 유지축(11)을 머리부(8a)의 조임방향으로 속도V2로 회전시킨다(스텝S27). 속도V2는 속도V1보다도 낮은 속도이다(도8 참조). 이 때, 제어부(51)는 유지축(11)의 회전각도위치 및 회전속도 중 하나 이상을 제어한다. 또한 유지축(11)이 제5위치(P5)에 위치할 때의 수나사(8)의 위치가 기준위치를 구성한다.
이와 같이, 제어부(51)는 수나사(8)와 암나사구멍(9)을 끼워맞춘 후, 수나사(8)를 암나사구멍(9)에 나입할 때 수나사(8)의 나입동작 개시위치에서 기준위치와의 사이에 상기 수나사가 위치하고 있는 동안은 기준위치에서 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다도 회전속도가 높아지도록 구성되어 있다. 이에 따라서 수나사(8)와 암나사구멍(9)의 끼워 맞춤을 신속하게 할 수 있다.
다음으로, 제어부(51)는 전류(Ir)가 임시조임 전류 임계치(Ia)에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝S28). 이 판정은 도6d에 나타낸 바와 같이, 수나사(8)의 머리부(8a)의 좌착면(座着面)이 착좌(着座)했는지를 판정하는 것이다. 즉, 도8에 나타낸 바와 같이, 수나사(8)의 머리부(8a)의 좌착면이 착좌하면 수나사(8)의 회전속도가 급격히 저하 또는 수나사(8)의 회전이 정지한다. 따라서, 목표 회전각도 위치 또는 목표 회전속도와 현재 값과의 차이가 급격히 확대되고, 위치제어 또는 속도 제어에 의해 유지축 구동부(13)의 제어를 실시 하고있는 서보앰프(52)는 목표 회전각도 위치 또는 목표 속도에 대한 현재 값과의 편차를 축소 시키려고 유지축 구동부(13)에 공급하는 전류를 급격하게 증대시킨다. 따라서, 제어부(51)는 이 급격히 증가하는 전류값을 포착 할 수 있는 값에 설정된 전류 임계치(Ia)를 사용하여 이 값과 전류치(Ir)와 비교하여 전류치(Ir)가 임시조임 전류 임계치(Ia)에 도달했는지 여부를 판정함으로써, 수나사(8)의 머리부(8a)의 좌착면이 착좌했는지를 판정할 수 있다. 또한 임시조임 전류 임계치(Ia)는 후술하는 본 조임 전류 임계치(Ib)보다도 작은 값이 되도록 설정된다. 이에 따라서 과대한 토크로 수나사(8)가 조여지고, 수나사(8) 또는 암나사구멍(9)이 파손되는 것을 방지 할 수 있다.
또한 상술한 대로, 속도V2는 속도V1보다 낮은 속도가 되도록 구성되어 있기 때문에, 수나사(8)의 머리부(8a)의 좌착면이 착좌하고나서 임시조임 동작을 종료 할 때까지의 사이에 과대한 토크로 수나사(8)가 조여지고, 수나사(8) 또는 암나사구멍(9)이 파손되는 것을 방지 할 수 있다.
그리고, 제어부(51)는 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하고 있지않다고 판정하는 동안은(스텝S28에서의 No), 유지축(11)을 회전시켜(스텝S27), 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하면(스텝S28에서의 Yes), 유지축(11)의 회전을 정지한다(스텝S29). 또한 유지축(11)의 회전을 정지했을 때의 수나사(8)의 위치(회전각도위치)가 나입동작 종료위치를 구성한다.
따라서, 제어부(51)는 수나사(8)와 암나사구멍(9)을 끼워 맞춘 후에 수나사(8)를 암나사구멍(9)에 나입시킬 때, 수나사(8)의 나입동작 개시위치에서 나입동작 개시위치와 나입동작 종료위치 사이의 기준위치에 수나사(8)가 위치하고 있는 동안은 기준위치로부터 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다도 회전속도가 높아지도록 상기 유지축 구동부를 제어하도록 구성되어 있다.
그리고 임시조임 동작을 종료한다.
<본 조임동작>
도4d는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이며, 본 조임 동작을 설명하는 것이다.
도7a, 도7b는 로봇 시스템(100)의 동작예를 나타내는 도면이다.
도9는 로봇 시스템(100)의 동작예에서 서보앰프(52)의 전류검출부에서 검출한 유지축 구동부(13)에 대해 출력한 전류값의 변화 및 유지축 위치검출부(14)가 검출한 유지축(11)의 위치의 변화를 나타낸 그래프이며, 본 조임 동작의 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도7a에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여 본 조임 접근위치(Ps)에 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S31). 본 조임 접근위치(Ps)는 유지축(11)의 계합부(11a)가 암나사구멍(9)과 단단히 조이는 수나사(8)의 머리부(8a)와 대치하는 위치이며, 또한 수나사(8)의 축선과 유지축(11)의 축선(L1)이 일치하는 위치이다.
다음으로,도7b에 나타낸 바와 같이, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하여 축선(L1)에 따라 나사돌림기구(1)를 움직여 본 조임위치(Pt)에 나사돌림기구(1)를 위치시킨다(스텝S32). 본 조임위치(Pt)는 본 조임 접근위치(Ps)의 축선(L1)의 연장 방향에서 유지축(11)을 수나사(8)에 가까이 하는 쪽(유지축(11)의 기단으로부터 선단을 향하는 쪽)으로 설정되어 더욱 유지축(11)의 계합부(11a)및 수나사(8)의 머리부(8a)의 축선(L1) 주위의 각도위치가 일치하면, 유지축(11)은 스프링(33)의 가압력에 대항하여 제1위치(P1)에서 제2위치(P2)로 향하는 방향으로 밀어져서 제6위치(P6)에 위치한 상태에서 수나사(8)와 계합하는 위치이다.
다음으로, 제어부(51)는 스텝S33 ~ S34을 실행하고 유지축(11)과 수나사(8)와를 계합시키지만 해당 동작은 상기 스텝S13 ~ S14과 동일하므로 그 설명을 생략한다 .
또한 임시조임 동작이 종료 한 후 유지축(11)과 수나사(8)와를 계합시킨 채로 본 조임동작을 행할 경우에는 상기 동작을 생략할 수 있다.
다음으로, 제어부(51)는 유지축(11)을 조임 방향으로 천천히 회전시킨다(스텝S35). 이 때, 제어부(51)는 유지축(11)의 회전각도위치 및 회전속도 중 적어도 한쪽을 제어한다.
다음으로, 제어부(51)는 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하고, 또한 유지축(11)이 회전하는지 여부를 판정한다(스텝S36). 즉, 제어부(51)는 유지축 구동부(13)가 유지축(11)을 회전구동하기위한 전류가 본 조임 전류 임계치(Ib)에 도달 하였는지 아니지의 판정을 포함하는 판정을 행한다.
도9에 나타낸 바와 같이 본 조임 전류 임계치(Ib)는 상기 본 조임 전류 임계치(Ib)는 미리 결정되는 값이며, 미리 규정되어 있는 수나사(8)의 체결 토크에 대응하는 전류값에 바탕을 둔 값 이다. 본 실시 형태에서, 본 조임 전류 임계치(Ib)는 제어부(51)가 기억부(54)에 기억되어있는 제한전류 산출테이블(T)을 참조하여 미리 규정되어 있는 수나사(8)의 체결 토크에 대응하는 전류를 산출함으로써 산출된다. 따라서, 제어부(51),는 본 조임 전류 임계치(Ib) 및 전류치(Ir)를 비교하여 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)에 도달했는지 여부를 판정함으로써 미리 규정되어 있는 체결토크에서 수나사(8)가 조여 있는지 여부를 판정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서, 제어부(51)는 유지축(11)이 회전하는지 여부의 판정도 실시하고 있기 때문에, 보다 확실하게 미리 규정된 체결토크로 수나사(8)가 조여 있는지 여부를 판정 할 수 있다.
그리고 로봇 시스템(100)은 로봇 컨트롤러(3)의 외부축으로서의 유지축 구동부(13)의 구동전류를 이용하여 수나사(8)의 체결토크를 검출하기 때문에 나사조임을 세밀하게 행할 수 있으며, 또한 전용의 토크 센서가 불필요하게 된다.
또한, 제어부(51)는 상기 판단 이외에도, 예를 들면 유지축(11)의 변위가 검출되지 않는 상태에 있는지 여부에 대해서도 동시에 판단하면 더욱 정확하게 수나사(8)를 조일 수 있다.
그리고, 제어부(51)는 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하지 않은, 또는 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하고 있어도 유지축(11)이 회전하고 있다고 판정하는 동안에는(스텝S36에서의 No), 유지축(11)을 회전시켜(스텝S35), 전류치(Ir)가 본 조임 전류 임계치(Ib)(제한전류)에 도달하고, 또한 유지축(11)이 회전하고 있지 않다고 판단하면(스텝S36에서의 Yes), 유지축(11)의 회전을 정지한다(스텝S37). 유지축(11)의 회전정지는 예를 들어, 목표 회전속도를 0으로 함으로써 이루어진다. 또한, 이것에 한정되는 것이 아니라, 제어부(51)가 유지축(11)의 회전을 정지하기 위한 브레이크 장치를 제어하고, 유지축(11)에 브레이크를 거는 것에 의해 유지축(11)의 회전을 정지시켜도 좋다.
그리고, 제어부(51)는 유지축(11)의 제어를 종료하고 본 조임동작을 종료한다.
또한 본 조임 동작을 종료하기 전에 제어부(51)는 유지축(11)을 완화하는 방향으로 회전시켜도 좋다. 이에 따라 유지축(11)의 계합부(11a)를 수나사(8)의 머리부(8a)의 홈에서 용이하게 뺄 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 로봇 시스템(100)은 로봇본체(2)를 제어하는 로봇 컨트롤러(3)가 유지축 구동부(13)를 제어하기 때문에, 종래 기술과 같은 2개의 컨트롤러 간의 상호 작용을 위한 소정의 프로토콜에 의한 통신이 불필요하게 되며, 로봇본체(2)와 나사돌림기구(1)와의 협조동작의 지연을 줄일 수 있다. 따라서 나사돌림 작업을 빠르게 하면서도 세밀하게 할 수 있다.
또한 나사돌림기구(1)의 구성을 간소화 할 수 있으며, 제조에 유리하고 또한 제조비용도 저렴해진다.
(실시형태 2)
도10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 로봇 시스템(200)의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도11은 로봇 컨트롤러(3)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도10에 나타낸 바와 같이, 로봇 시스템(200)은 나사돌림기구(1)와, 로봇본체(2)와 로봇 컨트롤러(3)와, 토크 센서(204)를 구비한다. 나사돌림기구(1), 로봇본체(2), 및 로봇 컨트롤러(3)의 구성은 상기 실시형태 1과 동일하므로 그 설명을 생략한다.
토크 센서(204)는 나사돌림기구(1)의 유지축(11)과 계합하는 계합부(205)를 가진다. 그리고 토크 센서(204)는 계합부(205)의 부하토크를 검출하도록 구성되어있다. 도11에 나타낸 바와 같이, 토크 센서(204)가 검출된 부하 토크값은 제어부(51)에 입력된다.
[동작 예]
다음으로, 로봇 시스템(200)의 동작예를 설명한다.
우선, 제어부(51)는 로봇본체(2)를 제어하고 유지축(11)을 이동시켜서, 유지축(11)과 계합부(205)를 계합시킨다.
다음으로, 제어부(51)는 유지축 구동부(13)에 공급하는 제1의 전류값을 결정하고, 유지축 구동부(13)에 제1전류값으로 전류가 공급되도록 제어한다. 이에 의해, 유지축(11)이 회전하고 계합부(205)를 소정의 토크로 조여서 토크센서(204)가 부하토크를 검출한다.
다음으로, 제어부(51)는 토크 센서(204)가 검출된 부하 토크값과 제1전류값과를 연관시킨다.
그리고, 상기 동작을 반복하여 다른 전류값인 제1내지 제N의 전류값과, 이 전류값들에 각각 관련지워진 부하토크 값을 얻는다.
그리고, 상기 제1내지 제N의 전류값과, 이 전류값들에 각각 관련지워진 부하 토크 값을 바탕으로 근사식을 산출하고, 이를 도12에 나타낸 것처럼 같이 제한전류 산출테이블(T)로써 결정한다.
이와 같이, 로봇 시스템(200)은 나사의 목표 체결 토크와 실제의 체결 토크의 괴리를 자동으로 방지 할 수 있다.
(실시형태 3)
상기 실시형태 1에서 나사돌림기구(1)는 스프링(33)에 의해 유지축(11)을 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)를 향해 가압되도록 구성하고, 수나사(8)가 암나사 구멍(9)에 가라앉으면, 이에 추종해서 유지축(11)은 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)쪽으로 이동하도록 구성했다. 이 대신, 로봇본체(2)가 유지축(11)을 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)를 향해 가압하고, 수나사(8)가 암나사구멍(9)에 가라앉으면, 이에 추종해서, 나사돌림기구(1)의 유지축(11)이 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)를 향해 이동하도록, 제어부(51)가 로봇본체(2)를 제어해도 좋다. 이 때, 유지축 위치 검출부(14)에 의해 유지축(11)의 위치의 검출을 대신해서, 로봇본체(2)의 관절축의 각도축을 바탕으로 나사돌림기구(1)의 유지축(11)의 위치를 검출하도록 구성되어도 좋다.
이와 같이 구성함으로써 더욱 나사돌림 작업을 빠르게 하면서도 세밀하게 할 수 있다.
(실시형태 4)
상기 실시형태 1에서 유지축(11)은 스프링(33)에 의해 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)을 향해 가압되도록 구성했다. 이를 대신하여, 유지축(11)은 서보모터 등의 구동부의 구동력에 의해 제2위치(P2)에서 제1위치(P1)를 향해 가압되도록 구성해도 좋다. 이에 따라, 임의의 가압력으로 유지축(11)을 가압할 수 있기 때문에 나사돌림작업을 더욱 세밀하게 할 수 있다.
(실시형태 5)
상기 실시형태1에서, 제어부(51)는 가동축(32)에 장착되는 유지축(11)을 수나사(8)의 종류에 따른 형상의 것으로 교환하도록 나사돌림기구(1) 및 로봇본체(2)를 제어하도록 구성되어도 좋다.
상기 설명으로부터 당업자에게 있어서는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시 형태가 확실하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세한 사항을 실질적으로 변경할 수 있다.
Ia 임시조임 전류 임계치
Ib 본 조임 전류 임계치
Ir 전류값
L1 축선
L2 축선
P1 제1위치
P2 제2위치
P3 제3위치
P4 제4위치
P5 제5위치
P6 제6위치
Pa 나사제거 접근위치
Pb 나사제거 위치
Pc 나사제거 후퇴 위치
Pf 임시조임 접근위치
Pg 임시조임 위치
Ps 본 조임 접근 위치
Pt 본 조임 위치
T 제한전류 산출 테이블
1 나사돌림기구
2 로봇본체
3 로봇 컨트롤러
8 수나사
8a 머리부
9 암나사구멍
11 유지축
11a 계합부
11b 접속부
12 축 지지부
13 유지축 구동부
13a 구동축
13e 엔코더
14 유지축 위치 검출부
15 지지 테두리
21 기부(基部)
22 암
23 암 구동부
23e 엔코더
24 암 구동부
31 고정축
32 가동축
32a 접속부
32b 계합 오목부
33 스프링
41 센서 본체
42 반사판
43 반사판 지지부
43a 지지축
43b 지지축 연결부
43c 지지축 안내부
51 제어부
52 서보앰프
54 기억부
100 로봇 시스템
110 나사 거치대
110a 삽통공
200 로봇 시스템
204 토크 센서
205 계합부

Claims (9)

  1. 선단이 수나사의 머리부와 상보적인 형상으로 형성되어 상기 수나사의 머리부와 계합함으로써 상기 수나사 대한 상기 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축과, 상기 유지축을 상기 유지축의 축선 주위로 회전 구동하는 유지축 구동부를 가지고, 상기 유지축은 상기 유지축 구동부에 대해 회전력 받기 가능함과 동시에 상기 유지축의 축선 방향으로 소정거리 상대적으로 이동 가능하게 구성되는 나사돌림 기구와,
    　상기 유지축 구동부에 대해 상기 유지축을 기단으로부터 선단으로 향하는 방향으로 가압하는 가압부와, 상기 유지축의 축방향에 있어서의 상기 유지축의 상기 유지축 구동부에 대한 상대적인 위치를 검출하는 위치검출부와,　
    상기 나사돌림 기구를 유지하고, 상기 나사돌림 기구를 이동시키는 로봇본체와,
    　상기 로봇본체를 제어하고 또한 상기 로봇본체와 협조하여 작업을 수행하는 외부축으로서 상기 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇본체는 다관절 로봇인 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  3. 　제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 로봇 컨트롤러는, 상기 유지축과 계합한 수나사의 조임 동작을 행할 때, 상기 유지축의 회전각도위치 및 회전속도 중 하나 이상을 제어하고, 또한 상기 유지축 구동부가 상기 유지축을 회전구동하기 위한 전류가 목표 토크에 대응하는 제한전류에 도달했는지 여부의 판정에 따라 상기 유지축의 회전구동을 정지하도록 상기 나사돌림 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  4. 　제3항에 있어서,
    상기 로봇 컨트롤러에 접속되며, 상기 유지축과 계합하는 계합부를 가지고, 상기 계합부의 부하 토크를 검출하는 토크 센서를 더 구비하고,
    　상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지축을 이동시켜 상기 유지축과 상기 계합부를 계합하고, 상기 유지축 구동부에 소정의 전류가 공급되도록 제어하고, 해당 전류와 상기 토크 센서가 검출한 상기 부하토크를 관련지어서 테이블을 작성하고, 상기 테이블에 기초하여 상기 제한전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  5. 　제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 로봇 컨트롤러는, 상기 수나사와 상기 수나사에 대응하는 암나사 구멍를 끼워 맞춘 후에 상기 수나사를 상기 암나사 구멍에 나입시킬 때, 상기 수나사의 나입동작 개시위치로부터 상기 나입동작 개시위치와 나입동작 종료위치 사이의 기준위치에 상기 수나사가 위치하고 있는 동안은 상기 기준위치로부터 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다 회전속도가 높아지도록 상기 유지축 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  6. 삭제
  7. 　선단이 수나사의 머리부와 상보적인 형상으로 형성되어　상기 수나사의 머리부와 계합하므로써, 상기 수나사에 대한 상기 수나사의 축선 주위의 위치관계가 고정되는 유지축과, 상기 유지축을 해당 유지축의 축선 주위로 회전구동하는 유지축 구동부를 가지고, 상기 유지축은 상기 유지축 구동부에 대해 회전력 받기 가능함과 동시에 상기 유지축의 축선 방향으로 소정거리 상대적으로 이동 가능하게 구성되는 나사돌림 기구와,
    　상기 유지축 구동부에 대해 상기 유지축을 기단으로부터 선단으로 향하는 방향으로 가압하는 가압부와, 상기 유지축의 축방향에 있어서의 상기 유지축의 상기 유지축 구동부에 대한 상대적인 위치를 검출하는 위치검출부와,　
    　상기 나사돌림 기구를 유지하고, 상기 나사돌림 기구를 이동시키는 로봇본체와,
    　상기 로봇본체를 제어하고, 또한 상기 로봇본체와 협조하여 작업을 수행하는 외부축으로서 상기 유지축 구동부를 제어하는 로봇 컨트롤러를 구비하고,
    　상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지축과 계합한 수나사의 조임 동작을 행할 때, 상기 유지축의 회전각도위치 및 회전속도 중 하나 이상을 제어하고, 또한 상기 유지축 구동부가 상기 유지축을 회전구동하기 위한 전류가 목표 토크에 대응하는 제한전류에 도달했는지 여부의 판정에 따라 상기 유지축의 회전구동을 정지하도록 상기　나사돌림　기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템의 제어방법.
  8. 　제7항에 있어서,
    상기 로봇 컨트롤러에 접속되며, 상기 유지축과 계합하는 계합부를 가지며, 상기 계합부의 부하토크를 검출하는 토크센서를 더 구비하고,
    　상기 로봇 컨트롤러는 상기 유지축을 이동시켜 상기 유지축과 상기 계합부를 계합시키고, 상기 유지축 구동부에 소정의 전류가 공급되도록 제어하고, 상기 전류와 상기 토크 센서가 검출한 상기 부하토크를 관련지어서 테이블을 작성하고, 상기 테이블에 기초하여 상기 제한전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템의 제어방법.
  9. 　제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 로봇 컨트롤러는 상기 수나사와 상기 수나사에 대응하는 암나사 구멍을 끼워 맞춘 후에 상기 수나사를 상기 암나사 구멍에 나입시킬 때, 상기 수나사의 나입동작 개시위치로부터 상기 나입동작 개시위치와 나입동작 종료위치 사이의 기준위치에 상기 수나사가 위치하고 있는 동안은 상기 기준위치에서 나입동작 종료위치까지의 회전속도보다도 속도가 높아지도록 상기 유지축 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템의 제어방법.
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