WO2021024550A1 - ネジ締付システムおよびネジ締付装置 - Google Patents

ネジ締付システムおよびネジ締付装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021024550A1
WO2021024550A1 PCT/JP2020/015789 JP2020015789W WO2021024550A1 WO 2021024550 A1 WO2021024550 A1 WO 2021024550A1 JP 2020015789 W JP2020015789 W JP 2020015789W WO 2021024550 A1 WO2021024550 A1 WO 2021024550A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
screw tightening
arm
tip
robot
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/015789
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄一 土田
Original Assignee
株式会社エスティック
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エスティック filed Critical 株式会社エスティック
Priority to JP2021537577A priority Critical patent/JP7176800B2/ja
Priority to EP20850790.5A priority patent/EP4008494A4/en
Priority to US17/631,925 priority patent/US20220347805A1/en
Publication of WO2021024550A1 publication Critical patent/WO2021024550A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/041—Cylindrical coordinate type
    • B25J9/042—Cylindrical coordinate type comprising an articulated arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39001—Robot, manipulator control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40072—Exert a screwing motion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40301—Scara, selective compliance assembly robot arm, links, arms in a plane
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45091—Screwing robot, tighten or loose bolt
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45203—Screwing

Definitions

  • the present invention relates to a technique for using a screw tightening device in combination with a robot such as a SCARA robot.
  • Patent Document 1 an impact type screw tightening device (Patent Document 1) that intermittently applies tightening torque to a screw, a continuous type or direct type screw tightening device that continuously applies tightening torque, and the like are used.
  • SCARA robots are often used to save labor on production lines.
  • the SCARA robot is provided with a first arm rotatably supported at the base and a second arm rotatably supported by the first arm, and the second arm has a motion axis that can rotate and move up and down as an output axis.
  • Patent Document 2 It has also been proposed that a third arm is further provided on the second arm, and an operation unit such as a gripper member is provided on an operation shaft that rotates and translates in the third arm (Patent Document 3).
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional screw tightening system 9.
  • the SCARA robot 90 has a base 91, a first arm 92, and a second arm 93, a third arm 94 is further attached, and a screw tightening device 95 is attached to the tip of the third arm 94. Be done.
  • the first arm 92, the second arm 93, and the third arm 94 are rotationally driven with the first axis 92J, the second axis 93J, and the third axis 94J as rotation axes, respectively.
  • the third shaft 94J performs an elevating drive as well as a rotational drive, whereby the third arm 94 is moved up and down.
  • the screw tightening device 95 includes a tool 96 that rotates about the fourth axis 95J at the lower end portion.
  • the rotational drive of the arms 92, 93, 94 performs positioning of the tool 96 on the XY plane, and the vertical movement of the third arm 94 positions the tool 96 in the height direction (Z direction).
  • the screw tightening is performed by rotationally driving the tool 96 by the screw tightening device 95.
  • the screw tightening system 9 shown in FIG. 11 can be realized, for example, by attaching the third arm 94 and the screw tightening device 95 to the third axis 94J of a general-purpose SCARA robot having two arms 92 and 93. It is possible.
  • the reaction force of the tightening torque by the screw tightening device 95 is a third through the third arm 94. It is transmitted to the shaft 94J and generates a torque (reaction force) that rotates the third shaft 94J.
  • the maximum value of the tightening torque generated by the screw tightening device 95 is limited by the rigidity of the elevating shaft constituting the third shaft 94J and the allowable torque of the motor that rotationally drives the elevating shaft.
  • the tightening torque by the screw tightening device 95 cannot be increased. Therefore, the tightening ability of the screw tightening device 95 may not be sufficiently exhibited.
  • the SCARA robot used tends to be large. That is, even if the small SCARA robot sufficiently satisfies the conditions for the allowable load capacity and the movable range, the large SCARA robot can withstand the reaction force of the tightening torque by the screw tightening device 95. It happens that you have to use it.
  • the SCARA robot 90 becomes large, which leads to an increase in the installation area and an increase in the installation cost. Further, as the size of the SCARA robot 90 increases, the transport time of the screw tightening device 95 and the work becomes longer, and the production efficiency may decrease.
  • an object of the present invention is to enable a screw tightening device to be easily used in combination with a robot without inviting an increase in size of a robot such as a SCARA robot.
  • the screw tightening system is provided on a robot having a plurality of arms connected in series and a tip arm which is a tip arm among the plurality of arms, and is provided on the tip arm.
  • the screw tightening device has a tip shaft that can move along the lifting shaft and a screw tightening device that is fixedly provided to the tip arm on a screw tightening shaft that is parallel to the lifting shaft.
  • the attached drive means, the drive shaft rotationally driven by the screw tightening drive means, and the drive shaft are integrally connected with the drive shaft so as to rotate in the circumferential direction and move in the axial direction, and a tool is provided at the tip portion. It includes an extension bar and a slide member that is connected to the tip shaft and supports the extension bar so as to move integrally in the axial direction and rotate in the circumferential direction.
  • the robot is a SCARA robot
  • the tip arm is a second arm of the SCARA robot.
  • the elevating shaft is an output shaft in the second arm, and the tip shaft is moved and driven by a drive means provided on the tip arm.
  • the slide member is fixedly connected to the tip shaft.
  • the slide member is connected to the tip shaft so as to move integrally in the axial direction and rotate in the circumferential direction.
  • the screw tightening device is fixedly provided in the housing of the tip arm via a connecting member.
  • the screw tightening device is a screw tightening device that is fixedly attached to the housing of the tip arm of a robot having a tip arm provided with a tip shaft that can move along an elevating shaft.
  • the screw tightening device can be easily used in combination with the robot without causing the robot such as the SCARA robot to become large.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. It is a figure for demonstrating an example of each component of a drive shaft and a bearing box.
  • FIG. 1 is a view showing an example of the overall configuration of the screw tightening system 1
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a state of the screw tightening system 1
  • FIG. 3 is a base 2, a first arm 3, and a second.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of each of the screw tightening device main body 5, the attachment unit 6, and the slide member 7, and
  • FIG. 5 is an example of the configuration of the drive device 50.
  • 6A is a sectional view taken along the line AA of FIG. 4
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of each component of the drive shaft 54 and the bearing box
  • FIG. 8 is a tubular portion 55a and a housing case 70. It is a figure for demonstrating the example of each component.
  • the screw tightening system 1 shown in FIG. 1 includes a SCARA robot 10 and a screw tightening device 11. That is, the screw tightening system 1 is an industrial robot configured by combining the SCARA robot 10 with the screw tightening device 11.
  • the SCARA robot 10 moves the screw tightening device 11 to an arbitrary position in a predetermined space, and the screw tightening device 11 tightens the screw of the work under the screw tightening device 11.
  • screw tightening also includes loosening a screw.
  • the SCARA robot 10 is a robot generally called a "SCARA type robot" or a “horizontal articulated robot", and is composed of a base 2, a first arm 3, a second arm 4, and the like.
  • the first arm 3 and the second arm 4 rotate in the forward direction or the reverse direction about the first axis P1 and the second axis P2, respectively.
  • the first shaft P1, the second shaft P2, the elevating shaft L1 and the screw tightening shaft L2, which will be described later, are parallel to each other. In the present embodiment, a case where all of these four axes are along the vertical direction will be described as an example.
  • the base 2 supports the first arm 3 and rotates the first arm 3 under the control of the control device 81.
  • the base 2 is composed of a base housing 20, a motor 21, a speed reducing unit 22, an output shaft 23, and the like.
  • the base housing 20 is formed of iron, aluminum alloy or other light alloy, reinforced plastics, or the like. The same applies to the arm housings 30 and 40 described later.
  • the screw tightening system 1 is used in a state where the base housing 20 is fixed to the floor surface FL or the horizontal plane FL of the airframe.
  • the motor 21 is a rotational drive source that rotationally drives the output shaft 23 via the deceleration unit 22 based on the control by the control device 81.
  • a DC brushless motor, a stepping motor, an AC servo motor, or the like is used as the motor 21, 41, and 51 described later.
  • the deceleration unit 22 decelerates the rotation of the motor 21 and transmits the rotational force to the output shaft 23.
  • the speed reducing unit 22 for example, various gear devices and transmission devices are used. The same applies to the speed reduction unit 32 described later.
  • the output shaft 23 is connected to the first arm 3. In conjunction with the rotation of the output shaft 23, the first arm 3 rotates about the first shaft P1.
  • the first arm 3 supports the second arm 4 and rotates the second arm 4 based on the control by the control device 81.
  • the first arm 3 is composed of an arm housing 30, a motor 31, a reduction gear 32, an output shaft 33, and the like.
  • the motor 31 rotationally drives the output shaft 33 via the deceleration unit 32 based on the control by the control device 81.
  • the speed reduction unit 32 decelerates the rotation of the motor 31 and transmits the rotational force to the output shaft 33.
  • the output shaft 33 is connected to the second arm 4.
  • the second arm 4 rotates about the second axis P2 in conjunction with the rotation of the output shaft 33.
  • a screw tightening device 11 is attached to the second arm 4.
  • the second arm 4 is composed of an arm housing 40, a motor 41, a ball screw 42, a tip shaft 43, and the like.
  • the motor 41 is a rotational drive source that rotates based on the control of the control device 81 and rotates the screw shaft or ball nut of the ball screw 42.
  • the ball screw 42 converts the rotary motion from the motor 41 into a linear motion.
  • the tip shaft 43 is a rod provided so as to penetrate the arm housing 40, is connected to the ball screw 42, and moves up and down along the elevating shaft L1 with the linear motion of the ball screw 42.
  • the elevating shaft L1 is an axis that can be called a third axis (P3) in the SCARA robot 10.
  • the tip shaft 43 moves in the vertical direction (axial direction) due to the rotation of the motor 41.
  • the tip shaft 43 moves up and down at a speed corresponding to the rotation speed of the motor 41, and is positioned at a position (height position) corresponding to the amount of rotation of the motor 41.
  • the height position is held by the holding force when the motor 41 is stopped or the holding force of a separately provided braking device.
  • the second arm 4 may be provided with a mechanism for rotating the tip shaft 43 with the elevating shaft L1 as the rotation axis.
  • the function of rotating the tip shaft 43 is not used.
  • the drive motor and transmission mechanism for rotating the tip shaft 43 are not required, and they may be omitted or removed if they are already installed. Further, the function of rotating may be disabled by control.
  • the screw tightening device 11 includes a screw tightening device main body 5, an attachment unit 6, and a slide member 7.
  • the screw tightening device body 5 tightens screws such as nuts or bolts. Those mainly used for automatically tightening screws are commonly referred to as “nut runners” or “automatic fasteners”. As the screw tightening device main body 5, various screw tightening devices such as an impact type screw tightening device or a continuous screw tightening device can be used. In this embodiment, a case where an impact type screw tightening device as described in JP-A-2002-1676 or JP-A-2011-73137 is used will be described as an example. Therefore, these publications can be referred to for detailed structures and functions.
  • the screw tightening device main body 5 is composed of a drive device 50, a drive shaft 54, an extension bar 55, a tool 56, and the like.
  • the drive device 50 includes a motor 51, a reduction gear 52, an output shaft 53, and the like.
  • the motor 51 is a rotary drive source that rotationally drives the output shaft 53 via the reduction gear 52 based on the control by the control device 81.
  • the reduction gear 52 decelerates the rotation of the motor 51 and transmits the rotational force to the output shaft 53.
  • the planetary gear device can also serve as an impact generator.
  • the output shaft 53 has a square cross-sectional shape at the tip, and the drive shaft 54 is rotationally driven by engagement with the tip.
  • the drive shaft 54 has a connector portion 54a which is a base portion and a shaft bar 54b which extends in connection with the connector portion 54a.
  • the connector portion 54a and the shaft bar 54b are integrally formed by machining or the like.
  • the connector portion 54a has four portions, a head portion 54a1, a chest portion 54a2, a lumbar portion 54a3, and a leg portion 54a4. These parts are integrally formed.
  • the head portion 54a1, the chest portion 54a2, the lumbar region portion 54a3, and the leg portion 54a4 are all cylindrical, but their cross-sectional diameters are different.
  • a recess 54a5 into which the tip of the output shaft 53 is fitted is provided on the upper end surface of the connector portion 54a, and the drive shaft 54 outputs by engaging the tip of the output shaft 53 with the recess 54a5. It is integrally rotationally driven by the shaft 53.
  • the shaft bar 54b is a rod having a square cross section extending downward from the lower end surface of the connector portion 54a.
  • the corners of the shaft bar 54b are chamfered at 45 degrees or in a rounded shape.
  • the extension bar 55 is a member for extending the output shaft of the screw tightening device main body 5 downward along the screw tightening shaft L2 and expanding and contracting it.
  • the extension bar 55 has a tubular portion 55a and a connecting portion 55b.
  • the tubular portion 55a has three portions, an upper portion 55a11, a central portion 55a12, and a lower portion 55a13.
  • the upper portion 55a11, the central portion 55a12, and the lower portion 55a13 all have a circumferential outer shape, but their outer diameters (diameters) are different.
  • the tubular portion 55a is provided with a columnar hole 5S having an inner diameter larger than the maximum outer diameter of the shaft bar 54b so that the shaft bar 54b can be inserted.
  • a hole 5S1 having a diameter larger than that of the hole 5S is provided in the opening at the upper end of the hole 5S, and a bearing bush 551 having an outer shape of a circumferential surface is fitted in the hole 5S1.
  • a member having good slidability is used for the bearing bush 551, and a hole 552 having an inner peripheral surface having a square cross section for the shaft bar 54b to penetrate and slide is provided in the center thereof.
  • the outer peripheral surface of the bearing bush 551 is fitted into the hole 5S1 of the tubular portion 55a by tightening and fitting, and the bearing bush 551 is prevented from rotating by a key, a screw, welding, an adhesive or the like.
  • a means for providing a hole having a square cross section in the tubular portion 55a another means, for example, a member having a hole having a square cross section may be connected to the upper end surface of the tubular portion 55a by welding or the like.
  • the cross-sectional shape of the shaft bar 54b and the hole 552 may be rectangular, hexagonal, elliptical, spline, or the like, in addition to the square shape. Further, the rotational force may be transmitted by the key and the key groove in a cylindrical shape.
  • the shape may be any shape that can transmit rotational torque and can move in the stroke direction (movement in the axial direction), and therefore may be designed according to the actual usage.
  • the shaft bar 54b is inserted into the hole 5S of the tubular portion 55a of the extension bar 55. Since the outer peripheral surface of the shaft bar 54b engages with the inner peripheral surface of the hole 552 of the bearing bush 551 in the rotational direction, the drive shaft 54 and the extension bar 55 integrally rotate in the circumferential direction and move in the axial direction. It will be connected as possible.
  • the connecting portion 55b is integrally provided at the lower end portion of the tubular portion 55a.
  • the connecting portion 55b is provided with a tip portion 55b2 having the same shape as the tip portion of the output shaft 53. That is, the tip portion 55b2 has a square cross-sectional shape, and the recess 56a of the tool 56 is fitted therein, and the tool 56 is integrally rotationally driven by the extension bar 55.
  • the tool 56 As the tool 56, a socket, a bit, and other tools are used. Although not shown, the tool 56 and the connect portion 55b are provided with a mechanism for preventing the tool 56 from falling off from the connect portion 55b.
  • the attachment unit 6 is composed of a connecting member 61, a bearing box 62, two ball bearings 63a, 63b, and the like, and connects the screw tightening device main body 5 to the arm housing 40 of the second arm 4. And fix it integrally.
  • the connecting member 61 is fixed to the lower surface of the arm housing 40 with bolts.
  • the connecting member 61 is provided with a columnar hole 61a and a hole 61b that penetrate the elevating shaft L1 and the screw tightening shaft L2 at the center positions.
  • the hole 61a of the connecting member 61 is large enough so that the connecting member 61 does not interfere with the tip shaft 43 and the guide member 43b provided on the second arm 4.
  • a small-diameter hole for fitting a positioning collar provided on the end face of the drive device 50 and a positioning collar 62a (see FIG. 7) provided in the bearing box 62 are fitted. Large-diameter holes for inserting are continuously formed. As a result, the drive device 50 is aligned with the bearing box 62, the drive shaft 54, and the like.
  • the bearing box 62 is fixed to the lower surface of the connecting member 61 with bolts. Further, as shown in FIG. 7, the bearing box 62 has a hole 6S penetrating along the screw tightening shaft L2, through which the connector portion 54a of the drive shaft 54 of the screw tightening device main body 5 penetrates.
  • the hole 6S of the bearing box 62 has a first hole 6S1, a second hole 6S2, and a third hole 6S3. These are cylindrical concentric holes centered on the screw tightening shaft L2.
  • the second hole 6S2 is larger than the outer diameter of the connector portion 54a of the drive shaft 54, and they do not interfere with each other.
  • the ball bearing 63a is fitted between the first hole 6S1 and the head 54a1 in a state where the connector portion 54a of the drive shaft 54 is inserted into the hole 6S.
  • the ball bearing 63b is fitted between the third hole 6S3 and the waist portion 54a3.
  • the ball bearings 63a and 63b are prevented from coming off by retaining rings 64a and 64b (see FIG. 4), respectively.
  • the drive shaft 54 is rotatably supported by the bearing box 62.
  • the slide member 7 is composed of a housing 70, a connecting plate 71, two ball bearings 72a, 72b, and the like.
  • the housing 70 has a hole 7S penetrating along the screw tightening shaft L2, through which the shaft bar 54b of the drive shaft 54 of the screw tightening device main body 5 penetrates.
  • the hole 7S of the housing 70 has a first hole 7S1, a second hole 7S2, and a third hole 7S3. These are cylindrical concentric holes centered on the screw tightening shaft L2.
  • the second hole 7S2 is larger than the outer diameter of the central portion 55a12 of the extension bar 55, and they do not interfere with each other.
  • the ball bearing 72a is fitted between the first hole 7S1 and the upper portion 55a11 in a state where the tubular portion 55a of the extension bar 55 is inserted into the hole 7S.
  • a ball bearing 72b is fitted between the third hole 7S3 and the lower portion 55a13.
  • the ball bearings 72a and 72b are prevented from coming off by retaining rings 73a and 73b (see FIG. 4), respectively.
  • the extension bar 55 is rotatably supported by the housing 70.
  • the connecting plate 71 is a rectangular plate-shaped member for connecting the tip shaft 43 and the housing 70, and is a columnar hole 71a for the extension bar 55 to penetrate without interference. Is provided.
  • the flange portion 70a of the housing 70 is bolted to one end of the connecting plate 71, and the other end of the connecting plate 71 is bolted to the flange portion 43a of the tip shaft 43.
  • the drive shaft 54 and the extension bar 55 are attached so that the central shafts coincide with the screw tightening shaft L2 and the extension bar 55 smoothly moves up and down along the screw tightening shaft L2.
  • the shape of the flange portion 43a and the flange portion 70a in a plan view may be circular or square. Further, the shape of the end portion of the connecting plate 71 may be made to follow the shape of the flange portion 43a and the flange portion 70a.
  • a bearing, a bush, or the like may be used to connect the connecting plate 71 so as to be relatively rotatable and integrally move in the axial direction.
  • the connector portion 54a of the drive shaft 54 and the bearing box 62 may be connected by a structure similar to the connecting structure. In this case, the relative degrees of freedom between the connecting plate 71 and the tip shaft 43 are increased, alignment and position adjustment are facilitated, and only an axial load is applied to the tip shaft 43. Increased design, processing, and assembly freedom.
  • the control device 81 shown in FIG. 1 controls the SCARA robot 10 and the screw tightening device 11 to control the entire screw tightening system.
  • the control device 81 includes, for example, control circuits such as motors 21, 31, 41, 51, circuits for processing signals from various sensors, operation control circuits, teaching circuits, other signal processing circuits, arithmetic processing circuits, control and display. Consists of a computer and so on.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an ascending / descending operation of the screw tightening device main body 5.
  • the first arm 3 and the second arm 4 rotate and move in the horizontal direction, so that the screw tightening device main body 5 is positioned directly above the nut 87 of the work W. .. In this state, the center of the nut 82 and the screw tightening shaft L2 coincide with each other.
  • the reaction force due to screw tightening is applied to the drive device 50. Since the drive device 50 is integrated with the arm housing 40 via the connecting member 61 and these are one rigid body, the reaction force applied to the drive device 50 is received by the overall rigidity of the second arm 4. It becomes.
  • the second arm 4 is connected to the first arm 3 on the second axis P2, and the first arm 3 is fixed to the base 2, that is, the floor surface FL on the first axis P1.
  • the second arm 4, the first arm 3, and the link line T connecting the first axis P1 and the screw tightening axis L2 on the floor surface FL form a triangle.
  • the reaction force due to screw tightening acts on the second arm 4, which generates a torque for rotating the second arm 4, but theoretically, this torque does not generate a force for rotating the second shaft P2 itself. .. This is because the triangle is formed by the second arm 4, the first arm 3, and the link line T, and the triangle is not deformed.
  • a force for rotating the second axis P2 may be generated due to rattling or bending of the slide member 7, but even in this case, the distance between the screw tightening shaft L2 and the second axis P2 is large. , The force for rotating the second axis P2 is small, which is within a sufficiently acceptable range in the mechanism of the second axis P2.
  • reaction force due to screw tightening is applied to the second axis P2 as a shear force via the second arm 4, but the length of the second arm 4 is sufficiently larger than the diameter of the nut 82, so the applied force is It is small so that the second shaft P2 is not deformed or excessively worn. Similarly, the force applied to the first axis P1 is small.
  • a small SCARA robot 10 can easily receive the reaction force at the time of screw tightening by the screw tightening device 11, and there is no need to use a large motor or add a new brake. Further, since the small SCARA robot 10 may be used, the transport time does not become long and the production efficiency does not decrease as in the case of increasing the size. Further, since the tip weight is reduced, the moment of inertia is reduced, the positioning speed of the SCARA robot 10 is improved, the cycle time is shortened, and the production efficiency can be improved.
  • the screw tightening device 11 can be easily combined with the robot to perform stable screw tightening with high torque without inviting an increase in size of a robot such as the SCARA robot 10. it can.
  • the screw tightening device 11 is provided by providing a large number of sets of holes corresponding to SCARA robots of different types and sizes as bolt holes for attaching the connecting member 61 to the arm housing 40. It can be easily attached to and combined with SCARA robots 10 of different types and sizes.
  • the arm housing 40 includes an exterior panel and a structural member that supports the exterior panel.
  • ball bearings are used to rotatably support the drive shaft 54 and the extension bar 55, but bearings other than ball bearings, or sliding bearings or fluid bearings may be used.
  • extension bar 55B having the structure shown in FIG. 10 may be used.
  • FIG. 10 shows the extension bar 55B of another embodiment
  • FIG. 10A is a plan view thereof
  • FIG. 10B is a front sectional view thereof.
  • the extension bar 55B has a tubular portion 55Ba and a connecting portion 55Bb.
  • the tubular portion 55Ba and the connecting portion 55Bb are manufactured separately and then integrally connected by welding.
  • the tubular portion 55Ba is provided with a columnar hole 5BS and a hole 552B having an inner peripheral surface having a square cross section provided at the opening at the upper end of the hole 5BS.
  • the connect portion 55Bb is provided with a tip portion 55Bb2 having the same shape as the tip portion of the output shaft 53.
  • the connecting portion 55Bb is welded so that the shaft cores match at the lower end portion of the tubular portion 55Ba.
  • the entire extension bar may be integrally formed.
  • the hole 5S can be machined using an inner diameter machining tool.
  • the base 2 is installed on the floor FL, but it may be installed on the wall or ceiling of the building.
  • a SCARA robot 10 having two arms, a first arm 3 and a second arm 4, is used, the second arm 4 is referred to as a "tip arm” in the present invention, and an elevating shaft is used in the second arm 4.
  • the tip shaft 43 that can move along L1 is referred to as the "tip shaft” in the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and a SCARA robot having three or more arms may be used, and the second arm or the third arm at that time may be referred to as a “tip arm”. Further, it can be applied to articulated robots other than SCARA robots and various other robots.
  • the configuration, dimensions, shape, material, number, mounting method, control content, etc. of the above can be appropriately changed in accordance with the gist of the present invention, such as considering cost and delivery date.
  • Screw tightening system 10 SCARA robot (robot) 11 Screw tightening device 2 Base 3 1st arm (arm) 4 Second arm (tip arm) 40 arm housing (housing) 41 Motor (driving means) 43 Tip shaft 50 Drive device (screw tightening drive means) 54 Drive shaft 55,55B Extension bar 56 Tool 6 Attachment unit (connecting member) 61 Connecting member 7 Slide member L1 Lifting shaft (first shaft) L2 screw tightening shaft (second shaft)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

【課題】従来よりも容易にネジ締付装置をロボットと組み合わせて使用可能にする。 【解決手段】ロボットの先端アームでありかつ昇降軸Ｌ１の方向に沿って移動可能な先端シャフト４３を有する第２アーム４に、以下のネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、およびスライド部材７を設ける。ネジ締付装置本体５は、ネジ締付駆動手段と、ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフト５４と、ドライブシャフト５４に対し周方向に一体的に回転しかつ軸方向に移動可能に連結されるエクステンションバー５５と、を有する。アタッチメントユニット６は、昇降軸Ｌ１と平行なネジ締め軸Ｌ２がネジ締付駆動手段の回転軸となるようにネジ締付駆動手段を第２アーム４に固定的に連結させる。スライド部材７は、先端シャフト４３に連結され、エクステンションバー５５を軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持する。

Description

ネジ締付システムおよびネジ締付装置
　本発明は、ネジ締付装置をスカラロボットのようなロボットと組み合わせて使用するための技術に関する。
　従来より、工場の生産ラインにおけるワークのネジ締めのためにネジ締付装置が用いられている。ネジ締付装置として、締付けトルクをネジに断続的に与えるインパクト式のネジ締付装置（特許文献１）、締付けトルクを連続的に与える連続式またはダイレクト式のネジ締付装置などが用いられる。
　また、生産ラインの省力化のために、スカラロボットなどの産業用ロボットがしばしば用いられる。
　スカラロボットは、基部に回転可能に支持される第１アーム、第１アームに回転可能に支持される第２アームを備え、第２アームは出力軸として回転と昇降移動が可能な運動軸を有する（特許文献２）。第２アームにさらに第３アームを設け、第３アームにおいて回転と並進とを行う動作軸にグリッパ部材などの動作ユニットを設けることも提案されている（特許文献３）。
　スカラロボットを用いてネジ締めを行うために、スカラロボットにネジ締付装置を取り付けたネジ締付システムが用いられる。
　図１１は従来のネジ締付システム９の例を示す図である。
　図１１において、スカラロボット９０は、基台９１、第１アーム９２、第２アーム９３を有し、さらに第３アーム９４が取り付けられ、第３アーム９４の先端部にネジ締付装置９５が取り付けられる。第１軸９２Ｊ、第２軸９３Ｊ、および第３軸９４Ｊのそれぞれを回転軸として、第１アーム９２、第２アーム９３、第３アーム９４がそれぞれ回転駆動される。第３軸９４Ｊは、回転駆動とともに昇降駆動も行い、これによって第３アーム９４を昇降移動させる。ネジ締付装置９５は、第４軸９５Ｊを中心に回転する工具９６を下端部に備える。
　ネジ締付システム９において、アーム９２、９３、９４の回転駆動によって工具９６のＸＹ平面上の位置決めが行われ、第３アーム９４の昇降移動によって工具９６の高さ方向（Ｚ方向）の位置決めが行われ、ネジ締付装置９５による工具９６の回転駆動によってネジ締めが行われる。
特開２０１１－７３１３７号公報 特開２０１８－１３４７０１号公報 特開２０１７－３０１４０号公報
　図１１に示すネジ締付システム９は、例えば２つのアーム９２，９３を備える汎用的なスカラロボットの第３軸９４Ｊに、第３アーム９４およびネジ締付装置９５を取り付けることによって実現することが可能である。
　しかし、従来のネジ締付システム９において、ネジ締付装置９５は第３アーム９４によって支持されるため、ネジ締付装置９５による締付トルクの反力は、第３アーム９４を介して第３軸９４Ｊに伝わり、第３軸９４Ｊを回転させるトルク（反力）を生じさせる。
　そのため、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトの剛性と、昇降シャフトを回転駆動するモータの許容トルクとによって、ネジ締付装置９５の発生する締付トルクの最大値が制限されてしまい、制限以上にネジ締付装置９５による締付トルクを大きくすることができない。そのため、ネジ締付装置９５の締付け能力を十分に発揮できないことが生じる。
　締付トルクを大きくするには、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトの剛性を高めるとともに、反力に耐え得る保持トルクが必要であるため、保持力の大きいより大型のモータを用いる必要があり、または保持力の大きい大型のブレーキ付きモータを用いる必要がある。
　また、締付トルクの反力は、第２アーム９３および第１アーム９２にも伝わることとなるので、第２軸９３Ｊおよび第１軸９２Ｊにおいても保持トルクを大きくしておく必要がある。
　例えば、特許文献２のスカラロボットでは、第２アームの出力軸である運動軸Ｌ４に第３アームを取り付けることとなるので、運動軸Ｌ４におけるボールスプラインの剛性を高めるとともに、保持トルクの大きいモータを用いる必要がある。
　そのため、従来のネジ締付システム９では、使用するスカラロボットが大型化する傾向がある。つまり、許容可搬重量や可動範囲についての条件を小型のスカラロボットが十分に満たしている場合であっても、ネジ締付装置９５による締付トルクの反力に耐えるために大型のスカラロボットを用いなければならないことが生じる。
　これにより、スカラロボット９０が大型となって、設置面積の増大および設置コストの上昇を招くこととなる。また、スカラロボット９０の大型化に伴ってネジ締付装置９５やワークなどの搬送時間が長くなり、生産効率が落ちることもある。
　本発明は、このような問題点に鑑み、スカラロボットのようなロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置をロボットと容易に組み合わせて使用できるようにすることを目的とする。
　本願発明の一形態に係るネジ締付システムは、直列に接続された複数のアームを有するロボットと、前記複数のアームのうちの先端のアームである先端アームに設けられ、前記先端アームに対して昇降軸に沿って移動可能な先端シャフトと、前記昇降軸と平行なネジ締め軸において前記先端アームに固定的に設けられるネジ締付装置と、を有し、前記ネジ締付装置は、ネジ締付駆動手段と、前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、前記ドライブシャフトと一体的に周方向に回転しかつ軸方向に移動可能なように連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、前記先端シャフトに連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有してなる。
　好ましくは、前記ロボットは、スカラロボットであり、前記先端アームは、前記スカラロボットの第２アームである。
　また、前記昇降軸は、前記第２アームにおける出力軸であり、前記先端シャフトは、前記先端アームに設けられた駆動手段によって移動駆動される。
　また、前記スライド部材は、前記先端シャフトに固定的に連結される。
　また、前記スライド部材は、前記先端シャフトに、軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように連結される。
　また、前記ネジ締付装置は、前記先端アームの筐体に、連結部材を介して固定的に設けられる。
　本発明に係るネジ締付装置は、昇降軸に沿って移動可能な先端シャフトを備える先端アームを有するロボットの前記先端アームの筐体に固定的に取り付けられるネジ締付装置であって、ネジ締付駆動手段と、前記昇降軸と平行なネジ締め軸が前記ネジ締付駆動手段の回転軸となるように前記ネジ締付駆動手段を前記先端アームに固定的に連結する連結部材と、前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、前記ドライブシャフトに対し周方向に一体的に回転しかつ軸方向に移動可能に連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、前記先端シャフトに連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有してなる。
　本発明によると、スカラロボットのようなロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置をロボットと容易に組み合わせて使用することができる。
ネジ締付システムの全体的な構成の例を示す正面図である。 ネジ締付システムの状態の一例を示す平面図である。 ベース、第１アーム、および第２アームそれぞれの駆動系の例を示す図であ　　る。 ネジ締付装置、アタッチメントユニット、および伸縮支援ユニットそれぞれ　　の構成の例を示す図である。 駆動装置の構成の例を示す図である。 図３のＡ－Ａ矢視断面図である。 ドライブシャフトおよび軸受箱それぞれの構成要素の例を説明するための図　　である。 筒状部およびハウジングケースそれぞれの構成要素の例を説明するための図　　である。 ネジ締付装置の昇降動作の例を示す図である。 エクステンションバーの他の実施形態を示す断面図である。 従来のネジ締付システムの例を示す図である。
　図１はネジ締付システム１の全体的な構成の例を示す図、図２はネジ締付システム１の状態の一例を示す平面図、図３はベース２、第１アーム３、および第２アーム４それぞれの駆動系の例を示す図、図４はネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、およびスライド部材７それぞれの構成の例を示す図、図５は駆動装置５０の構成の例を示す図、図６は図４のＡ－Ａ矢視断面図、図７はドライブシャフト５４および軸受箱それぞれの構成要素の例を説明するための図、図８は筒状部５５ａおよびハウジングケース７０それぞれの構成要素の例を説明するための図である。
　図１に示すネジ締付システム１は、スカラロボット１０およびネジ締付装置１１を有する。つまりネジ締付システム１は、スカラロボット１０にネジ締付装置１１を組み合わせて構成された産業用ロボットである。
　スカラロボット１０は、ネジ締付装置１１を所定の空間内の任意の位置に移動させ、ネジ締付装置１１はその下方にあるワークのネジを締め付ける。なお、本明細書において、ネジ締めにはネジを緩めることも含まれる。
　スカラロボット１０は、一般に「スカラ型ロボット」または「水平多関節ロボット」と呼ばれるロボットであって、ベース２、第１アーム３、および第２アーム４などによって構成される。第１アーム３および第２アーム４は、それぞれ、第１軸Ｐ１および第２軸Ｐ２を中心に正方向または逆方向に回転する。なお、第１軸Ｐ１、第２軸Ｐ２、後述する昇降軸Ｌ１およびネジ締め軸Ｌ２は、互いに平行である。本実施形態では、これら４本の軸がいずれも鉛直方向に沿った場合を例に説明する。
　図１～図３に示すように、ベース２は、第１アーム３を支持し、制御装置８１による制御に基づいて第１アーム３を回転させる。ベース２は、図３（Ａ）に示すように、ベース筐体２０、モータ２１、減速部２２、および出力軸２３などによって構成される。
　ベース筐体２０は、鉄、アルミニウム合金その他の軽合金、または強化プラスチックスなどによって形成される。後述するアーム筐体３０および４０も同様である。ベース筐体２０が床面ＦＬまたは機体の水平面ＦＬなどに固定された状態で、ネジ締付システム１が使用される。
　図３において、モータ２１は、制御装置８１による制御に基づいて、減速部２２を介して出力軸２３を回転駆動する回転駆動源である。モータ２１として、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ、またはＡＣサーボモータなどが用いられる。後述するモータ３１、４１、および５１についても同様である。
　減速部２２は、モータ２１の回転を減速して出力軸２３に回転力を伝える。減速部２２として、例えば各種のギア装置および伝動装置などが用いられる。後述する減速部３２も同様である。
　出力軸２３は、第１アーム３に連結されている。出力軸２３の回転に連動して、第１アーム３が第１軸Ｐ１を中心に回転する。
　第１アーム３は、第２アーム４を支持し、制御装置８１による制御に基づいて第２アーム４を回転させる。第１アーム３は、図３（Ｂ）に示すように、アーム筐体３０、モータ３１、減速部３２、および出力軸３３などによって構成される。
　モータ３１は、制御装置８１による制御に基づいて減速部３２を介し出力軸３３を回転駆動する。減速部３２は、モータ３１の回転を減速して出力軸３３に回転力を伝える。
　出力軸３３は、第２アーム４に連結されている。出力軸３３の回転に連動して、第２アーム４が第２軸Ｐ２を中心に回転する。
　第２アーム４には、ネジ締付装置１１が取り付けられている。第２アーム４は、図３（Ｃ）に示すように、アーム筐体４０、モータ４１、ボールネジ４２、および先端シャフト４３などによって構成される。
　モータ４１は、制御装置８１による制御に基づいて回転し、ボールネジ４２のネジ軸またはボールナットを回転させる回転駆動源である。ボールネジ４２は、モータ４１からの回転運動を直線運動に変換する。
　先端シャフト４３は、アーム筐体４０を貫通するように設けられたロッドであり、ボールネジ４２と連結されていて、ボールネジ４２の直線運動に伴って昇降軸Ｌ１に沿って上下に移動する。昇降軸Ｌ１は、スカラロボット１０における第３軸（Ｐ３）ともいうべき軸である。
　モータ４１の回転によって先端シャフト４３が上下方向（軸方向）に移動する。先端シャフト４３は、モータ４１の回転速度に応じた速度で上下移動し、モータ４１の回転量に応じた位置（高さ位置）に位置決めされる。先端シャフト４３の高さ位置の位置決めにおいて、高さ位置の保持は、モータ４１の停止時の保持力、または別途設けたブレーキ装置の保持力による。
　なお、スカラロボット１０において、例えば特許文献２に記載されるスカラロボットのように、昇降軸Ｌ１を回転軸として先端シャフト４３を回転させる仕組みが第２アーム４に備わっていることがあるが、本実施形態において先端シャフト４３を回転させる機能は用いない。
　したがって、先端シャフト４３を回転させる駆動用モータおよび伝動機構などは必要なく、省略するか、既設の場合にはそれらを取り外せばよい。また、回転させる機能を制御によって無効としてもよい。
　先端シャフト４３を回転させる機構が必要ないのでそれだけ軽くなり、スカラロボット１０の先端重量が低減されて慣性モーメントが小さくなり、スカラロボット１０による位置決め速度が向上し、これによってサイクルタイムを短くして生産効率を高めることができる。
　次に、ネジ締付装置１１は、ネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、およびスライド部材７を備える。
　ネジ締付装置本体５は、ナットまたはボルトなどのネジを締め付ける。主に自動でネジを締付けるために用いられるものは、一般に「ナットランナ」または「自動締結機」と呼ばれることがある。ネジ締付装置本体５として、インパクト式のネジ締付装置または連続式のネジ締付装置など様々なネジ締付装置を用いることができる。本実施形態では、特開２００２－１６７６号公報または特開２０１１－７３１３７号公報に記載されるようなインパクト式のネジ締付装置を用いた場合を例に説明する。したがって、詳しい構造および機能についてはこれら公報を参照することができる。
　図４に示すように、ネジ締付装置本体５は、駆動装置５０、ドライブシャフト５４、エクステンションバー５５、および工具５６などによって構成される。
　図５に示すように、駆動装置５０は、モータ５１、減速ギヤ５２、および出力軸５３などによって構成される。
　モータ５１は、制御装置８１による制御に基づいて減速ギヤ５２を介して出力軸５３を回転駆動する回転駆動源である。減速ギヤ５２は、モータ５１の回転を減速して出力軸５３に回転力を伝える。減速ギヤ５２として遊星ギヤ装置を用いたときに、遊星ギヤ装置はインパクト発生装置を兼ねることができる。出力軸５３は、先端部の断面形状が正方形であり、先端部との係合によってドライブシャフト５４が回転駆動される。
　図４に戻って、ドライブシャフト５４は、基部であるコネクタ部５４ａ、およびコネクタ部５４ａに連接して延びるシャフトバー５４ｂを有する。コネクタ部５４ａとシャフトバー５４ｂとは、機械加工などによって一体に形成される。
　図７に示すように、コネクタ部５４ａは、頭部５４ａ１、胸部５４ａ２、腰部５４ａ３、および脚部５４ａ４の４つの部位を有する。これらの部位が一体に形成される。頭部５４ａ１、胸部５４ａ２、腰部５４ａ３、および脚部５４ａ４は、いずれも円柱形状であるが、それぞれの断面の直径が相違する。
　また、コネクタ部５４ａの上側の端面には、出力軸５３の先端部が嵌まり込む凹部５４ａ５が設けられており、出力軸５３の先端部と凹部５４ａ５との係合によって、ドライブシャフト５４が出力軸５３により一体的に回転駆動される。
　図６および図８も参照して、シャフトバー５４ｂは、コネクタ部５４ａの下端面から下方へ延びる断面が正方形状のロッドである。シャフトバー５４ｂの角部には４５度またはアール状の面取りが設けられる。
　図４に戻って、エクステンションバー５５は、ネジ締付装置本体５の出力軸をネジ締め軸Ｌ２に沿って下方へ延長しかつ伸縮移動するための部材である。エクステンションバー５５は、筒状部５５ａおよびコネクト部５５ｂを有する。
　図６および図８も参照して、筒状部５５ａは、上部５５ａ１１、中央部５５ａ１２、および下部５５ａ１３の３つの部位を有する。上部５５ａ１１、中央部５５ａ１２、および下部５５ａ１３は、いずれも外形が円周面となっているが、それぞれの外径（直径）が相違する。
　筒状部５５ａには、シャフトバー５４ｂが挿入できるように、シャフトバー５４ｂの最大外径よりも大きい内径を有した円柱状の穴５Ｓが設けられている。
　また、穴５Ｓの上端の開口部には、穴５Ｓよりも径の大きい穴５Ｓ１が設けられ、穴５Ｓ１には円周面の外形を有する軸受ブシュ５５１が嵌入している。軸受ブシュ５５１には摺動性の良好な部材が用いられ、その中央にはシャフトバー５４ｂが貫通して摺動するための断面正方形状の内周面を有した穴５５２が設けられている。
　なお、軸受ブシュ５５１は、その外周面が筒状部５５ａの穴５Ｓ１に締まり嵌めによって嵌合し、かつ、キー、ネジ、溶接、接着剤などによって廻り止めが図られている。
　なお、筒状部５５ａに断面正方形状の穴を設ける手段として、他の手段、例えば断面正方形状の穴を設けた部材を筒状部５５ａの上端面に溶接などにより連結することでもよい。
　なお、シャフトバー５４ｂと穴５５２の断面形状として、正方形状以外に、長方形状、六角形状、楕円形状、スプライン形状などとしてもよい。また、円柱形状としてキーとキー溝とにより回転力を伝達してもよい。回転トルク伝達が可能でありかつストローク運動（軸方向移動）が可能な形状であればよいので、使用実態に合わせて設計すればよい。
　シャフトバー５４ｂは、エクステンションバー５５の筒状部５５ａの穴５Ｓに挿入される。シャフトバー５４ｂの外周面は、軸受ブシュ５５１の穴５５２の内周面と回転方向に係合するので、ドライブシャフト５４とエクステンションバー５５とは一体的に周方向に回転し、かつ軸方向に移動可能なように連結されることとなる。
　つまり、図４に示す状態でドライブシャフト５４が回転すると、これと同時にエクステンションバー５５が回転する。エクステンションバー５５が軸方向に移動すると、シャフトバー５４ｂと軸受ブシュ５５１とが係合する軸方向位置は変わるが、それらが係合する限りにおいて、ドライブシャフト５４の回転がエクステンションバー５５に伝達され、これらは一体に回転する。
　なお、シャフトバー５４ｂは、筒状部５５ａの穴５Ｓに挿入されたときに、穴５Ｓの内周面とは接触することはなく、また底面とも接触しない。
　コネクト部５５ｂは、筒状部５５ａの下端部に一体に設けられる。コネクト部５５ｂには、出力軸５３の先端部と同じ形状の先端部５５ｂ２が設けられる。つまり、先端部５５ｂ２は断面形状が正方形であり、ここに工具５６の凹部５６ａが嵌まり込み、工具５６がエクステンションバー５５によって一体的に回転駆動される。
　工具５６として、ソケット、ビット、その他の工具が用いられる。なお、図示は省略したが、工具５６がコネクト部５５ｂから脱落するのを防止するための機構が、工具５６およびコネクト部５５ｂに設けられている。
　図４に戻って、アタッチメントユニット６は、連結部材６１、軸受箱６２、および２つのボールベアリング６３ａ、６３ｂなどによって構成され、ネジ締付装置本体５を第２アーム４のアーム筐体４０に連結して一体的に固定する。
　連結部材６１は、アーム筐体４０の下面にボルトによって固定されている。連結部材６１には、昇降軸Ｌ１およびネジ締め軸Ｌ２を中心位置として貫通する円柱状の孔６１ａおよび孔６１ｂが設けられている。
　連結部材６１の孔６１ａは、連結部材６１が第２アーム４に設けられた先端シャフト４３およびガイド部材４３ｂと干渉しない程度の大きさである。孔６１ｂとして、駆動装置５０の端面に設けられた位置決め用の鍔部が嵌まり込むための径小孔と、軸受箱６２に設けられた位置決め用の鍔部６２ａ（図７参照）が嵌まり込むための径大孔とが、連続して形成される。これによって、駆動装置５０と軸受箱６２およびドライブシャフト５４などとの芯合わせが行われる。
　軸受箱６２は、連結部材６１の下面にボルトによって固定される。また、軸受箱６２は、図７に示すように、ネジ締め軸Ｌ２に沿って貫通する穴６Ｓを有し、ここをネジ締付装置本体５のドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａが貫通する。
　軸受箱６２の穴６Ｓは、第１の穴６Ｓ１、第２の穴６Ｓ２、および第３の穴６Ｓ３を有する。これらはネジ締め軸Ｌ２を中心とした円柱状の同芯上の穴である。第２の穴６Ｓ２は、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａの外径よりも大きく、これらは互いに干渉しない。
　例えば、軸受箱６２を連結部材６１に取り付ける前に、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａが穴６Ｓに挿入された状態で、第１の穴６Ｓ１と頭部５４ａ１との間にボールベアリング６３ａが嵌め込まれ、第３の穴６Ｓ３と腰部５４ａ３との間にボールベアリング６３ｂが嵌め込まれる。ボールベアリング６３ａ，６３ｂは、それぞれ止め輪６４ａ、６４ｂ（図４参照）によって抜け止めがなされる。これにより、ドライブシャフト５４は軸受箱６２によって回転自在に支持される。
　図４に戻って、スライド部材７は、ハウジング７０、連結板７１、および２つのボールベアリング７２ａ、７２ｂなどによって構成される。
　ハウジング７０は、図８に示すように、ネジ締め軸Ｌ２に沿って貫通する穴７Ｓを有し、ここをネジ締付装置本体５のドライブシャフト５４のシャフトバー５４ｂが貫通する。
　ハウジング７０の穴７Ｓは、第１の穴７Ｓ１、第２の穴７Ｓ２、および第３の穴７Ｓ３を有する。これらはネジ締め軸Ｌ２を中心とした円柱状の同芯上の穴である。第２の穴７Ｓ２は、エクステンションバー５５の中央部５５ａ１２の外径よりも大きく、これらは互いに干渉しない。
　例えば、ハウジング７０を連結板７１に取り付ける前に、エクステンションバー５５の筒状部５５ａが穴７Ｓに挿入された状態で、第１の穴７Ｓ１と上部５５ａ１１との間にボールベアリング７２ａが嵌め込まれ、第３の穴７Ｓ３と下部５５ａ１３との間にボールベアリング７２ｂが嵌め込まれる。ボールベアリング７２ａ，７２ｂは、それぞれ止め輪７３ａ、７３ｂ（図４参照）によって抜け止めがなされる。これにより、エクステンションバー５５はハウジング７０によって回転自在に支持される。
　したがって、エクステンションバー５５が回転したときに、その回転トルクはハウジング７０に伝達されることはない。
　図４に戻って、連結板７１は、先端シャフト４３とハウジング７０とを連結するための長方形の板状の部材であって、エクステンションバー５５が干渉することなく貫通するための円柱状の孔７１ａが設けられている。
　連結板７１の一方の端部にハウジング７０のフランジ部７０ａがボルトで取り付けられ、連結板７１の他方の端部が先端シャフト４３のフランジ部４３ａにボルトで固定される。このとき、ドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５の中心軸がネジ締め軸Ｌ２と一致するように、またエクステンションバー５５がネジ締め軸Ｌ２に沿って円滑に昇降移動するように、取り付けられる。
　なお、フランジ部４３ａおよびフランジ部７０ａの平面視の形状は、円形または四角などとしてよい。また、連結板７１の端部の形状を、それらフランジ部４３ａおよびフランジ部７０ａの形状に沿うようにしてもよい。
　また、連結板７１と先端シャフト４３との連結方法として、ベアリングやブシュなどを用いて相対回転可能にかつ軸方向には一体的に移動するように連結してもよい。例えば、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａと軸受箱６２との連結構造に類似した構造によって連結してもよい。このようにした場合は、連結板７１と先端シャフト４３との相対的な自由度が増し、芯合わせや位置調整が容易となり、先端シャフト４３には軸方向の負荷のみが加わることとなるので、設計、加工、および組み立ての自由度が増す。
　図１に示す制御装置８１は、スカラロボット１０およびネジ締付装置１１を制御してネジ締付システムの全体を制御する。制御装置８１は、例えば、モータ２１、３１、４１、５１などの制御回路、各種センサーからの信号を処理する回路、操作制御回路、ティーチング回路、その他の信号処理回路、演算処理回路、制御や表示のためのコンピュータなどから構成される。
　次に、ネジ締付システム１の動作について説明する。
　図９はネジ締付装置本体５の昇降動作の例を示す図である。
　図９（Ａ）に示すように、第１アーム３および第２アーム４が回転して水平方向に移動することにより、ネジ締付装置本体５がワークＷのナット８７の真上に位置決めされる。この状態では、ナット８２のセンターとネジ締め軸Ｌ２とが一致する。
　図９（Ａ）に示す状態から、先端シャフト４３が下降移動するに伴って、スライド部材７、エクステンションバー５５、および工具５６が下降移動し、図９（Ｂ）に示すように工具５６がナット８２に嵌合する。その後、ネジ締付装置本体５によるナット８２のネジ締めが行われる。
　ネジ締めによる反力は、駆動装置５０に加わる。駆動装置５０は連結部材６１を介してアーム筐体４０と一体化し、これらは１つの剛体となっているため、駆動装置５０に加わった反力は、第２アーム４の全体の剛性で受けることとなる。
　ところで、図２に示すように、第２アーム４は、第２軸Ｐ２において第１アーム３と連結され、第１アーム３は第１軸Ｐ１においてベース２つまり床面ＦＬに固定されているから、第２アーム４、第１アーム３、および床面ＦＬにおける第１軸Ｐ１とネジ締め軸Ｌ２とを結ぶリンクラインＴによって、三角形が構成される。
　したがって、ネジ締めによる反力が第２アーム４に作用し、これにより第２アーム４を回転させるトルクが生じるが、このトルクによって第２軸Ｐ２自体を回転させる力が生じることは理論的にない。第２アーム４、第１アーム３、およびリンクラインＴによって三角形が構成され、三角形は変形されることがないからである。
　なお、実際には、スライド部材７におけるガタツキや撓みなどによって第２軸Ｐ２を回転させる力が生じることがあるが、この場合においても、ネジ締め軸Ｌ２と第２軸Ｐ２との距離が大きいので、第２軸Ｐ２を回転させる力は小さく、第２軸Ｐ２の機構において十分許容できる範囲内である。
　また、ネジ締めによる反力が第２アーム４を介して第２軸Ｐ２にせん断力として加わるが、第２アーム４の長さはナット８２の直径などと比べて十分に大きいので、加わる力は小さく、これによって第２軸Ｐ２が変形したり過度に磨耗することはない。第１軸Ｐ１についても同様に、加わる力は小さい。
　また、ネジ締めによってドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５に回転トルクが発生するが、それらを回転自在に支持するスライド部材７にその回転トルクが伝達されることはない。つまり、先端シャフト４３にはネジ締めによるトルクおよび反力は伝達されることはない。先端シャフト４３は、スライド部材７のみを昇降駆動すればよいので、負荷が極めて軽く、小型のもので十分に耐えられる。
　この点、図１１に示す従来のネジ締付システム９では、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトによってネジ締付装置９５の全体を昇降駆動するので、昇降シャフトの剛性を高くしかつ昇降駆動に大型のモータを用いる必要があった。
　したがって、小型のスカラロボット１０であっても、ネジ締付装置１１によるネジ締め時の反力を容易に受けることができ、大型のモータを用いたりブレーキを新たに追加する必要がない。また、小型のスカラロボット１０でよいので、大型化した場合のように搬送時間が長くなったり生産効率が落ちたりすることがない。また、先端重量が低減されることから慣性モーメントが小さくなり、スカラロボット１０の位置決め速度が向上し、サイクルタイムを短くして生産効率を高めることができる。
　このように、本実施形態によると、スカラロボット１０などのロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置１１をロボットと容易に組み合わせて使用し、高トルクで安定したネジ締めを行うことができる。
　本実施形態において、連結部材６１をアーム筐体４０に取り付けるためのボルトの穴として、種類やサイズの異なるスカラロボットに応じた多数の組みの穴を設けておくことにより、ネジ締付装置１１をそれら種類やサイズの異なるスカラロボット１０に容易に取り付けて組み合わせることができる。なお、アーム筐体４０としては、外装パネルおよびこれを支持する構造部材を含む。
  本実施形態では、ドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５を回転可能に支持するためにボールベアリングを用いたが、ボールベアリング以外のベアリング、または摺動軸受や流体軸受を用いてもよい。
　上に述べた実施形態において、図１０に示す構造のエクステンションバー５５Ｂとしてもよい。
　すなわち、図１０は他の実施形態のエクステンションバー５５Ｂを示し、図１０（Ａ）はその平面図、図１０（Ｂ）はその正面断面図である。
　図１０（Ａ）（Ｂ）において、エクステンションバー５５Ｂは、筒状部５５Ｂａおよびコネクト部５５Ｂｂを有する。筒状部５５Ｂａとコネクト部５５Ｂｂとは、別体で製作された後に溶接によって一体に連結される。
　筒状部５５Ｂａには、円柱状の穴５ＢＳ、および、穴５ＢＳの上端の開口部に設けられた断面正方形状の内周面を有した穴５５２Ｂが設けられる。
　コネクト部５５Ｂｂには、出力軸５３の先端部と同じ形状の先端部５５Ｂｂ２が設けられる。コネクト部５５Ｂｂは、筒状部５５Ｂａの下端部において軸芯が一致するように溶接される。
　また、これらの実施形態以外に、エクステンションバーの全体を一体に形成することでもよい。例えば、エクステンションバーの軸方向の移動距離が小さく、穴５Ｓが浅い場合には、内径加工用バイトを用いて穴５Ｓを加工することが可能である。
　上に述べた実施形態では、ベース２を床面ＦＬに設置したが、建築物の壁または天井に設置してもよい。
　上に述べた実施形態では、第１アーム３および第２アーム４の２つのアームを有するスカラロボット１０を用い、第２アーム４を本発明における「先端アーム」とし、第２アーム４において昇降軸Ｌ１に沿って移動可能な先端シャフト４３を本発明における「先端シャフト」とした。しかし、これに限ることなく、３つ以上のアームを有するスカラロボットを用い、その際の第２アームまたは第３アームなどを「先端アーム」としてもよい。また、スカラロボットではない多関節ロボット、その他の種々のロボットに適用することが可能である。
　その他、ベース２、第１アーム３、第２アーム４、ネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、スライド部材７、スカラロボット１０、ネジ締付装置１１、およびネジ締付システム１の全体または各部の構成、寸法、形状、材質、個数、取り付け方法、制御の内容などは、コストや納期などを考慮するなど、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
１　ネジ締付システム
１０　スカラロボット（ロボット）
１１　ネジ締付装置
２　ベース
３　第１アーム（アーム）
４　第２アーム（先端アーム）
４０　アーム筐体（筐体）
４１　モータ（駆動手段）
４３　先端シャフト
５０　駆動装置（ネジ締付駆動手段）
５４　ドライブシャフト
５５，５５Ｂ　エクステンションバー
５６　工具
６　アタッチメントユニット（連結部材）
６１　連結部材
７　スライド部材
Ｌ１　昇降軸（第１軸）
Ｌ２　ネジ締め軸（第２軸）

Claims (7)

  1. 　直列に接続された複数のアームを有するロボットと、
    　前記複数のアームのうちの先端のアームである先端アームに設けられ、前記先端アームに対して昇降軸に沿って移動可能な先端シャフトと、
    　前記昇降軸と平行なネジ締め軸において前記先端アームに固定的に設けられるネジ締付装置と、
    　を有し、
    　前記ネジ締付装置は、
    　ネジ締付駆動手段と、
    　前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、
    　前記ドライブシャフトと一体的に周方向に回転しかつ軸方向に移動可能なように連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、
    　前記先端シャフトに連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、
    　を有してなることを特徴とするネジ締付システム。
  2. 　前記ロボットは、スカラロボットであり、
    　前記先端アームは、前記スカラロボットの第２アームである、
    　請求項１記載のネジ締付システム。
  3. 　前記昇降軸は、前記第２アームにおける出力軸であり、
    　前記先端シャフトは、前記先端アームに設けられた駆動手段によって移動駆動される、
    　請求項２記載のネジ締付システム。
  4. 　前記スライド部材は、前記先端シャフトに固定的に連結される、
    　請求項１ないし３のいずれかに記載のネジ締付システム。
  5. 　前記スライド部材は、前記先端シャフトに、軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように連結される、
    　請求項１ないし３のいずれかに記載のネジ締付システム。
  6. 　前記ネジ締付装置は、前記先端アームの筐体に、連結部材を介して固定的に設けられる、
    　請求項１ないし５のいずれかに記載のネジ締付システム。
  7. 　昇降軸に沿って移動可能な先端シャフトを備える先端アームを有するロボットの前記先端アームの筐体に固定的に取り付けられるネジ締付装置であって、
    　ネジ締付駆動手段と、
    　前記昇降軸と平行なネジ締め軸が前記ネジ締付駆動手段の回転軸となるように前記ネジ締付駆動手段を前記先端アームに固定的に連結する連結部材と、
    　前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、
    　前記ドライブシャフトに対し周方向に一体的に回転しかつ軸方向に移動可能に連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、
    　前記先端シャフトに固定的に連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、
    　を有してなることを特徴とするネジ締付装置。
PCT/JP2020/015789 2019-08-02 2020-04-08 ネジ締付システムおよびネジ締付装置 WO2021024550A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021537577A JP7176800B2 (ja) 2019-08-02 2020-04-08 ネジ締付システムおよびネジ締付装置
EP20850790.5A EP4008494A4 (en) 2019-08-02 2020-04-08 SCREW FASTENING SYSTEM AND SCREW FASTENING DEVICE
US17/631,925 US20220347805A1 (en) 2019-08-02 2020-04-08 Screw fastening system and screw fastening device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-142934 2019-08-02
JP2019142934 2019-08-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021024550A1 true WO2021024550A1 (ja) 2021-02-11

Family

ID=74502551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/015789 WO2021024550A1 (ja) 2019-08-02 2020-04-08 ネジ締付システムおよびネジ締付装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220347805A1 (ja)
EP (1) EP4008494A4 (ja)
JP (1) JP7176800B2 (ja)
WO (1) WO2021024550A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113500365A (zh) * 2021-07-09 2021-10-15 安庆师范大学 一种计算机电源的快速组装装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115592401B (zh) * 2022-09-28 2024-04-26 律扬（上海）自动化工程有限公司 双工位拧紧装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0811027A (ja) * 1994-06-30 1996-01-16 Toyota Motor Corp ネジ締付装置
JP2002001676A (ja) 2000-06-19 2002-01-08 Estic Corp ネジ締め装置の制御方法および装置
JP2011073137A (ja) 2010-12-06 2011-04-14 Estic Corp インパクト式のネジ締め装置
JP2017030140A (ja) 2015-08-03 2017-02-09 コマウ・ソシエタ・ペル・アチオニＣｏｍａｕ Ｓｏｃｉｅｔａ Ｐｅｒ Ａｚｉｏｎｉ 工業的用途のロボット
US20180021900A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Delta Electronics, Inc. Automatic screw tightening module and robot manipulator employing same
JP2018134701A (ja) 2017-02-21 2018-08-30 株式会社アイエイアイ スカラロボット

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0592377A (ja) * 1991-09-27 1993-04-16 Yamaha Motor Co Ltd スカラ型ロボツトの構造
JPH07116974A (ja) * 1993-10-27 1995-05-09 Yamaha Motor Co Ltd スカラ型ロボットの作動軸駆動構造
JP2003136464A (ja) * 2001-10-29 2003-05-14 Yamaha Motor Co Ltd スカラ型ロボット
JP2006167864A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Seiko Epson Corp 水平多関節型ロボット
CN103612114B (zh) * 2013-11-05 2016-02-10 苏州铂电自动化科技有限公司 螺钉拧紧装配专用scara机器人

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0811027A (ja) * 1994-06-30 1996-01-16 Toyota Motor Corp ネジ締付装置
JP2002001676A (ja) 2000-06-19 2002-01-08 Estic Corp ネジ締め装置の制御方法および装置
JP2011073137A (ja) 2010-12-06 2011-04-14 Estic Corp インパクト式のネジ締め装置
JP2017030140A (ja) 2015-08-03 2017-02-09 コマウ・ソシエタ・ペル・アチオニＣｏｍａｕ Ｓｏｃｉｅｔａ Ｐｅｒ Ａｚｉｏｎｉ 工業的用途のロボット
US20180021900A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Delta Electronics, Inc. Automatic screw tightening module and robot manipulator employing same
JP2018134701A (ja) 2017-02-21 2018-08-30 株式会社アイエイアイ スカラロボット

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4008494A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113500365A (zh) * 2021-07-09 2021-10-15 安庆师范大学 一种计算机电源的快速组装装置
CN113500365B (zh) * 2021-07-09 2022-05-31 安庆师范大学 一种计算机电源的快速组装装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4008494A1 (en) 2022-06-08
JPWO2021024550A1 (ja) 2021-02-11
EP4008494A4 (en) 2023-08-02
JP7176800B2 (ja) 2022-11-22
US20220347805A1 (en) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8109173B2 (en) Parallel robot provided with wrist section having three degrees of freedom
US8893578B2 (en) Parallel robot provided with wrist section having three degrees of freedom
US10661398B2 (en) Link actuator to initially set position of origin
WO2021024550A1 (ja) ネジ締付システムおよびネジ締付装置
EP1894683B1 (en) Industrial robot
US20150343631A1 (en) Industrial Delta Type Robot
JP5675258B2 (ja) リンク作動装置
JP4754296B2 (ja) 産業用ロボット
CN107520859B (zh) 高精度位姿定位机械臂
JP5734360B2 (ja) 産業用ロボットの手首構造部
JP5408840B2 (ja) ２軸回転型ポジショナー
JP2020049550A (ja) ロボットユニット
CN111037274A (zh) 一种圆周螺栓自动预紧及力矩控制装置
CN107097253B (zh) 重载荷机械臂以及重载荷机器人
JP7427933B2 (ja) 駆動装置
JPS63163063A (ja) 産業用ロボットの手首用２自由度駆動機構
JP4864378B2 (ja) 塗装ロボット
JP2011056661A (ja) ３自由度を有する姿勢変更機構を備えたパラレルリンクロボット
CN111376303A (zh) 一种三自由度绳轮驱动关节及机械臂
JP7268491B2 (ja) ロボット
JP3175497U (ja) スカラ型ロボット
CN209755207U (zh) 一种机械手及机器人
WO2022107652A1 (ja) 作業装置
JPH10286792A (ja) 平行リンクで構成された脚を有する位置決め装置及び工作機械
CN209999185U (zh) 机器人的臂部结构及机器人

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20850790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021537577

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020850790

Country of ref document: EP

Effective date: 20220302