(57)【要約】【課題】ドライバービットとねじとの嵌合不良を未然に防止するロボットの提供を目的とする。【解決手段】ロボットは、ねじにドライバービットが嵌合しているか判定してからねじを緩める作業が可能なロボットである。ロボットは、先端が移動可能なロボット本体と、ロボット本体の先端に設けられたドライバービットと、ドライバービットを回転させるモータと、ドライバービットがねじに接触することにより生じる反力を計測する力覚センサと、力覚センサから入力する反力の計測結果に基づき、反力が所定の反力に達するまでロボット本体の先端をねじに向かって移動させるロボット本体制御部と、所定の反力が生じている状態にて、モータを所定の条件で回転させるモータ制御部と、所定の条件で回転したモータが停止した状態にて、ロボット本体の先端とねじとの位置関係に基づき、ドライバービットとねじとの嵌合を判定する嵌合判定制御部と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじにドライバービットが嵌合しているか判定してから前記ねじを緩める作業が可能なねじ緩め装置としての機能を有するロボットであって、
先端が移動可能なロボット本体と、
前記ロボット本体の前記先端に設けられたドライバービットと、
前記ドライバービットを回転させるモータと、
前記ドライバービットが前記ねじに接触することにより生じる反力を計測する力覚センサと、
前記力覚センサから入力する前記反力の計測結果に基づき、前記反力が所定の反力に達するまで前記ロボット本体の前記先端を前記ねじに向かって移動させるロボット本体制御部と、
前記所定の反力が生じている状態にて、前記モータを所定の条件で回転させるモータ制御部と、
前記所定の条件で回転した前記モータが停止した状態にて、前記ねじの回転軸方向における前記ロボット本体の前記先端と前記ねじとの位置関係に基づき、前記ドライバービットと前記ねじとの嵌合を判定する嵌合判定制御部と、を備えるロボット。
【請求項２】
前記モータは、サーボモータを含み、
前記モータ制御部は、
前記所定の条件として、前記ドライバービットに作用するトルクが所定のトルクに達するまで前記サーボモータを回転させる請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記モータは、速度制御モータを含み、
前記モータ制御部は、
前記所定の条件として、所定の回転速度で前記速度制御モータを回転させる請求項１に記載のロボット。
【請求項４】
前記力覚センサは、前記ドライバービットの回転軸と同軸に設けられ、前記ドライバービットに作用するトルクを計測し、
前記モータは、
前記ドライバービットの前記回転軸と同軸にて回転する前記ロボット本体を回転させることによって前記ドライバービットを回転させ、
前記モータ制御部は、
前記所定の条件として、前記力覚センサから入力する前記トルクの計測結果が所定のトルクに達するまで前記モータを回転させる請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記モータ制御部は、
前記嵌合判定制御部の判定結果に基づき、前記ねじを緩める方向に前記モータを回転させる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
ねじを緩める作業が可能なねじ緩め装置としての機能を有するロボットが含むロボット本体の先端に設けられたドライバービットと前記ねじとを嵌合させるロボットによるねじの嵌合方法であって、
前記先端が移動可能な前記ロボット本体の前記先端に設けられた前記ドライバービットが前記ねじに接触することにより生じる反力を計測する力覚センサから入力する前記反力の計測結果に基づき、前記反力が所定の反力に達するまで前記ロボット本体の前記先端を前記ねじに向かって移動させ、
前記所定の反力が生じている状態にて、前記ドライバービットを回転させるモータを所定の条件で回転させ、
前記所定の条件で回転した前記モータが停止した状態にて、前記ねじの回転軸方向における前記ロボット本体の前記先端と前記ねじとの位置関係に基づき、前記ドライバービットと前記ねじとの嵌合を判定する、ロボットによるねじの嵌合方法。
【請求項７】
前記モータは、サーボモータを含み、
前記所定の条件として、前記ドライバービットに作用するトルクが所定のトルクに達するまで前記サーボモータを回転させる請求項６に記載のロボットによるねじの嵌合方法。
【請求項８】
前記モータは、速度制御モータを含み、
前記所定の条件として、所定の回転速度で前記速度制御モータを回転させる請求項６に記載のロボットによるねじの嵌合方法。
【請求項９】
前記モータは、前記ドライバービットの前記回転軸と同軸にて回転する前記ロボット本体を回転させることによって前記ドライバービットを回転させ、
前記所定の条件として、前記ドライバービットの回転軸と同軸に設けられ前記ドライバービットに作用するトルクを計測する前記力覚センサから入力する前記トルクの計測結果が、所定のトルクに達するまで前記モータを回転させる請求項６に記載のロボットによるねじの嵌合方法。
【請求項１０】
前記ドライバービットと前記ねじとが嵌合していない判定結果に基づき、前記ロボットの前記先端を前記ねじから遠ざける方向に移動させ、
前記ドライバービットを前記モータによって所定の角度だけ回転させ、
再度、前記反力が前記所定の反力に達するまで前記ロボット本体の前記先端を前記ねじに向かって移動させ、前記モータを前記所定の条件で回転させ、前記モータが停止した状態にて前記ドライバービットと前記ねじと位置関係に基づき、前記ドライバービットと前記ねじとの嵌合を判定する請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のロボットによるねじの嵌合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ緩め装置としての機能を有するロボット、および、そのロボットによるねじの嵌合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の生産現場における生産形態は、多品種少量生産から、生産機種および生産量の変化に対応可能である変種変量生産へと移行している。このような生産形態の変遷に応じて、汎用性の高い設備が求められており、その設備の構成要素としてロボットが多用されている。ここで言うロボットとは、予め教示された動作を再現することで動作するティーチングプレイバック式のロボットや、１軸、２軸、あるいは３軸の直交するスライド軸により構成される直行ロボットを指す。
【０００３】
ロボットは部品の組み立てだけでなく、製品の試験工程も行う。例えば、電気機器の製品の通電試験において、ロボットは製品に対して通電ケーブルの抜き差しの作業を行う場合がある。この際、試験中に通電ケーブルが外れることを防止するため、ロボットは通電試験前にはケーブル端部をねじで固定し、通電試験後にねじを緩める。ロボットは、ねじ締めおよびねじ緩め作業を自動で行う。そのねじ緩め作業において、ロボットは、緩め動作の前に、ドライバービットとねじとを嵌合させる必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載のねじ締め装置およびねじ緩め装置には、ねじ部材に係合する工具軸をねじ部材の回転軸と同方向（上下方向）に移動させる移動機構が設置され、移動機構には工具軸を回転させるモータが取り付けられている。ねじ緩め装置は、ねじ部材を緩める際、ねじ部材と工具軸とが係合する位置まで、自動ねじ締め機本体を下降させる。この際、引張スプリングによってねじ部材に押圧力が生じる。モータがねじ緩め方向に回転することにより工具軸が回転し、ねじ部材はその方向に回転しつつ後退して、ねじ穴から外れる。
【０００５】
特許文献２に記載のボルト又はナットの緩め装置には、ロボットのアームにナットランナが支持され、ナットランナの回転軸にソケットが装着されている。ナットランナに設けられたばねによって、ソケットは突出方向に付勢されている。ソケットとナットが係合される際、ロボットは、ナットランナに装着されたソケットを、ボルトのねじ頭に位置合わせして押付ける。ナットランナが回転することにより、ボルトのねじ頭の六角とソケットの六角穴との位相が一致する。ばねの弾性力により、ソケットの六角穴はボルトのねじ頭に係合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１３６８７０号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、ねじ部材と工具軸との係合状態、すなわちねじとドライバービットとの嵌合状態をチェックする方法の記載がない。ドライバービットがねじ頭部の穴の奥まで入りきらない状態でも、装置はそのまま緩め動作行う。そのため、装置はねじ頭部を潰す可能性がある。ねじ頭部が潰れた場合、装置は停止し、生産性が低下する。
【０００８】
特許文献２に記載の方法によれば、ナットランナに設定トルクが発生すると、ソケットとナットとが係合したと判断される。この方法をドライバービットとねじとの嵌合方法に適用した場合、ドライバービットがねじ頭部の奥まで入りきらない状態で停止した場合でも、嵌合完了と判断されると考えられる。装置がそのまま緩め動作に移行することにより、装置はねじ頭部を潰す可能性がある。ねじ頭部が潰れた場合、装置は停止し、生産性が低下する。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ドライバービットとねじとの嵌合不良を未然に防止するねじ緩め装置としての機能を有するロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るロボットは、ねじにドライバービットが嵌合しているか判定してからねじを緩める作業が可能なねじ緩め装置としての機能を有するロボットである。ロボットは、先端が移動可能なロボット本体と、ロボット本体の先端に設けられたドライバービットと、ドライバービットを回転させるモータと、ドライバービットがねじに接触することにより生じる反力を計測する力覚センサと、力覚センサから入力する反力の計測結果に基づき、反力が所定の反力に達するまでロボット本体の先端をねじに向かって移動させるロボット本体制御部と、所定の反力が生じている状態にて、モータを所定の条件で回転させるモータ制御部と、所定の条件で回転したモータが停止した状態にて、ねじの回転軸方向におけるロボット本体の先端とねじとの位置関係に基づき、ドライバービットとねじとの嵌合を判定する嵌合判定制御部と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ドライバービットとねじとの嵌合不良を未然に防止するねじ緩め装置としての機能を有するロボットの提供が可能である。
【００１２】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１におけるロボットの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるロボットの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における制御装置が含む処理回路の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１における制御装置が含む処理回路の別の一例を示す図である。
【図５】ドライバービットおよびプレートに締結されたねじの断面図である。
【図６】ドライバービットおよびプレートに締結されたねじの断面図である。
【図７】ドライバービットおよびプレートに締結されたねじの断面図である。
【図８】ドライバービットおよびプレートに締結されたねじの断面図である。
【図９】ドライバービットおよびプレートに締結されたねじの断面図である。
【図１０】実施の形態１におけるロボットの動作およびロボットによるねじの嵌合方法を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態３におけるロボットの構成を示す図である。
【図１２】実施の形態３におけるロボットの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ねじ緩め装置としての機能を有するロボットおよびそのロボットによるねじの嵌合方法の実施の形態を説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
（装置構成）
図１は、実施の形態１におけるロボットの構成を示す図である。ロボットは、ねじ緩め装置としての機能を有する。ロボットは、ロボット本体１０、ドライバービット２０、モータ３０、力覚センサ４０および制御装置５０で構成される。図２は、実施の形態１におけるロボットの構成を示すブロック図である。制御装置５０は、ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０とで構成される。さらに、実施の形態１におけるロボットには、図１に示す吸着機構１１０および図２に示す力覚センサインターフェース１２０が設けられている。ロボットは、図１に示すプレート３に締結されたねじ１にドライバービット２０を嵌合させてからねじ１を緩める作業が可能なロボットである。
【００１６】
ロボット本体１０は、先端が移動可能である。実施の形態１において、ロボット本体１０は、汎用性を高めるため５軸もしくは６軸の複数の関節を有し、互いが各関節にて接続される複数のアームで構成される。各関節は関節駆動モータ（図示せず）等の駆動源によって駆動する。関節駆動モータは、例えばサーボモータである。各関節が駆動することにより、ロボット本体１０の姿勢は自由に変化する。ロボット本体１０は、例えば、ロボット産業用垂直多関節ロボットの本体である。
【００１７】
ドライバービット２０は、ロボット本体１０の先端に設けられている。実施の形態１においては、ドライバービット２０は、そのロボットの先端に着脱可能に取り付けられている。図１において、ドライバービット２０はモータ３０の回転力でＺ軸を中心に回転する。ドライバービット２０の先端は、嵌合対象であるねじ１のねじ頭部２に設けられた穴（図１において図示せず）の形状に適合する形状を有する。例えば、ねじ頭部２が十字穴を有する場合、ドライバービット２０の先端はその十字穴に嵌合可能な凸形状を有する。または、例えば、ねじ頭部２が六角穴を有する場合、ドライバービット２０の先端はその六角穴に嵌合可能な六角形の凸形状を有する。このように、嵌合対象であるねじ頭部２の形状に適合するドライバービット２０が選択されロボット本体１０の先端に取り付けられる。５軸または６軸の複数の関節を有するロボット本体１０の姿勢が自由に変化することに伴い、ドライバービットの姿勢も自由に動作する。つまり、ロボット本体１０は、上下方向（Ｚ軸方向つまり−Ｚ方向または＋Ｚ方向）に存在するねじの緩め動作だけでなく、左右方向（Ｙ軸方向つまり−Ｙ方向または＋Ｙ方向）、奥行方向（Ｘ軸方向つまり−Ｘ方向または＋Ｘ方向）に存在するねじの緩め動作を行うことが可能である。ねじの緩め方向が限定される場合、これに限られることはない。また、ロボット本体１０はドライバービット２０をねじ１から離れる方向に移動させるだけでなく、ねじ頭部２に押付けることも可能である。
【００１８】
モータ３０は、ドライバービット２０を回転させる。実施の形態１において、モータ３０は、ドライバービット２０の回転軸とモータ３０の回転軸とが一致するようロボット本体１０とドライバービット２０との間に設けられている。モータ３０はＺ軸中心に回転し、その回転力によりドライバービット２０もＺ軸中心に回転する。モータ３０の回転軸とドライバービット２０の回転軸とのズレを吸収する機構、例えばカップリング（図示せず）が、モータ３０とドライバービット２０との連結部に設けられてもよい。モータ３０のロボット本体１０に対する取り付け位置は、特に限定されるものではない。図１においては、モータ３０は、ロボット本体１０の先端に対し−Ｙ方向に所定の距離だけオフセットが設けられて固定されている。そのオフセットを設けるため、モータ３０は後述の力覚センサ４０の下面にＬ型のブラケットを介して取り付けられている。または、モータ３０はロボット本体１０を構成する先端のアームに直接に取り付けられてもよい。モータ３０は、モータ制御部７０によって駆動が制御される。実施の形態１においてモータ３０はサーボモータ３１である。サーボモータ３１は、回転軸におけるトルクを計測する機能を有する。
【００１９】
例えば、ロボットがドライバービット２０よりも−Ｚ方向に存在するねじ１の緩め動作およびねじ１の締め動作を行うロボットである場合、ロボットには、第１サーボモータ（図示せず）と、ホールねじ（図示せず）と、第２サーボモータ（図示せず）と、ドライバービット２０とが設けられる。そのボールねじは、回転軸をＺ軸方向に有し第１サーボモータにより回転する。第２サーボモータは、自身の回転軸をＺ軸方向に有してボールねじに取り付けられ、かつ、第１サーボモータの回転によってＺ軸方向に平行移動する。ドライバービット２０は、第２サーボモータの回転軸と同軸に取り付けられる。
【００２０】
力覚センサ４０は、ドライバービット２０がねじ１に接触することにより生じる反力を計測する。実施の形態１において、力覚センサ４０は、ロボット本体１０とドライバービット２０との間、より詳細にはロボット本体１０とモータ３０との間に取り付けられている。力覚センサ４０は、ねじ１の回転軸が延在する方向に生じる反力、例えば図１においてはＺ軸方向の反力を計測する、さらに、力覚センサ４０は、ねじ１の回転軸とは異なる方向の反力、例えばＸ軸方向またはＹ軸方向の反力を計測する機能を有していてもよいし、各軸を中心に発生するモーメント荷重つまりトルクを計測する機能を有していてもよい。
【００２１】
吸着機構１１０は、ドライバービット２０の周囲に設けられ、パイプ形状を有する。吸着機構１１０の一端は、サーボモータ３１あるいはドライバービット２０に固定されている。吸着機構１１０は、ドライバービット２０が回転したとしても、回転しない構成を有することが好ましい。また、吸着機構１１０の一端は、ドライバービット２０がねじ１に嵌合する際、吸着機構１１０の他端がねじ頭部２に接触可能な位置に固定されている。吸着機構１１０はパイプを有し、パイプによってねじ１を真空吸着する。例えば、ドライバービット２０がねじ１を緩めた後、ロボット本体１０がねじ１を取り上げる際、吸着機構１１０はねじ１を真空吸着により吸着する。この際、吸着機構１１０のパイプ内の空間は、吸着機構１１０にエアチューブなどを介して接続された真空発生器により真空に保たれる。よって、パイプは、パイプ内が減圧下であっても潰れない構成を有することが好ましく、例えば金属製や樹脂製のパイプであることが好ましい。ねじ頭部２と接触するパイプの先端は、空気漏れを防止するためにゴムなどの軟材質からなることが好ましい。
【００２２】
力覚センサインターフェース１２０は、力覚センサ４０による反力の計測結果をロボット本体制御部６０に出力する。力覚センサ４０と力覚センサインターフェース１２０とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端が力覚センサ４０に接続され他端が力覚センサインターフェース１２０に接続される。
【００２３】
ロボット本体制御部６０は、ロボット本体１０の動作を制御する。ロボット本体制御部６０は、例えば、各関節駆動モータの駆動を制御することにより、ロボット本体１０の各関節を駆動させ、ロボット本体１０の姿勢を自在に変化させる。ロボット本体制御部６０は、力覚センサ４０から入力する反力の計測結果に基づき、所定の反力に達するまでロボット本体１０の先端を、つまりドライバービット２０をねじ１に向かって移動させる。この動作において、ロボット本体制御部６０は、まず、ドライバービット２０がねじ１に対向するよう移動させる。そして、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０をねじ１に近づける方向に移動させ接触させる。さらに、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０がねじ１に接触することによって生じる反力の計測結果を力覚センサ４０から入力し、計測結果が所定の応力に達するまで、ドライバービット２０をねじ１に押し付ける。また、ロボット本体制御部６０は、ねじ１の回転軸方向におけるロボット本体１０の先端の位置を検出する。実施の形態１において、ロボット本体制御部６０は、Ｚ軸方向におけるドライバービット２０の位置を検出する。例えば、ロボット本体制御部６０は、ロボット本体１０の位置座標に基づきドライバービット２０の位置を検出してもよい。または、ロボット本体制御部６０は、嵌合対象であるねじ１の位置が予め位置座標において規定されている場合、ロボット本体１０の先端の位置に基づき、ねじ１とドライバービット２０との間の距離、例えば高さを検出する。
【００２４】
モータ制御部７０は、所定の反力が生じている状態にて、モータ３０を所定の条件で回転させる。実施の形態１において、モータ制御部７０は、所定の条件としてドライバービット２０に作用するトルクが所定のトルクに達するまでサーボモータ３１を回転させる。ドライバービット２０に作用するトルクは、サーボモータ３１により計測され、モータ制御部７０がその計測結果を取得する。モータ制御部７０は、その計測結果に基づきサーボモータ３１の回転を制御する。また、モータ制御部７０は、サーボモータ３１を所定の角度だけ回転させる、または、所定のトルクで回転させる機能も有する。
【００２５】
嵌合判定制御部８０は、所定の条件で回転したモータ３０が停止した状態にて、ねじ１の回転軸方向におけるロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係に基づき、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する。嵌合判定制御部８０は、実施の形態１において、嵌合判定制御部８０は、所定のトルクに達するまで回転したサーボモータ３１が停止した状態にて、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する。嵌合判定制御部８０は、ロボット本体制御部６０からロボット先端の位置を取得する、または、ロボット本体１０の先端の位置に基づき、ねじ１に対するロボット本体１０の高さを取得する。嵌合判定制御部８０は、ロボット先端の位置とねじ１との位置関係が所定の位置関係を満足するか否かを判定する。所定の位置関係を満足していれば、嵌合判定制御部８０は、ドライバービット２０とねじ１とが嵌合していると判断する。所定の位置関係とは、例えば、ロボットの先端の位置とねじ１との間の距離が所定値以下である。
【００２６】
制御装置５０は、上記のロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の機能の他に、制御信号によりロボット本体１０の動作タイミングとモータ３０の動作タイミングとを制御してもよい。さらに制御装置５０は、吸着機構１１０のパイプ内の真空の発生および解除に関するタイミングを制御する。また、ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０がそれぞれの機能を有する個別のロボット本体制御装置（図示せず）、モータ制御装置（図示せず）および嵌合判定制御装置（図示せず）である場合、力覚センサインターフェース１２０とロボット本体制御装置とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端が力覚センサインターフェース１２０に接続され他端がロボット本体制御装置に接続される。ロボット本体制御装置とロボット本体１０とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端がロボット本体１０に接続され他端がロボット本体制御装置に接続される。モータ３０とモータ制御装置とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端がモータ３０に接続され他端がモータ制御装置に接続される。嵌合判定制御装置とロボット本体制御装置とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端が嵌合判定制御装置に接続され他端がロボット本体制御装置に接続される。同様に、嵌合判定制御装置とモータ制御装置とは、例えばケーブルによって接続され、そのケーブルは一端が嵌合判定制御装置に接続され他端がモータ制御装置に接続される。
【００２７】
（処理回路）
図３は実施の形態１における制御装置５０が含む処理回路５１の一例を示す図である。ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の各機能は、処理回路５１により実現される。すなわち、処理回路５１は、ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０を含む。
【００２８】
処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路等である。ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の各機能は、複数の処理回路により個別に実現されてもよいし、１つの処理回路によりまとめて実現されてもよい。
【００２９】
図４は実施の形態１における制御装置５０が含む処理回路の別の一例を示す図である。処理回路は、プロセッサ５２とメモリ５３とを含む。プロセッサ５２がメモリ５３に格納されるプログラムを実行することにより、ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の各機能が実現される。例えば、プログラムとして記述されたソフトウェアまたはファームウェアがプロセッサ５２により実行されることにより各機能が実現される。すなわち、制御装置５０は、プログラムを格納するメモリ５３と、そのプログラムを実行するプロセッサ５２とを含む。
【００３０】
プログラムには、制御装置５０が、先端が移動可能なロボット本体１０の先端に設けられたドライバービット２０がねじ１に接触することにより生じる反力を計測する力覚センサ４０から入力する反力の計測結果に基づき、反力が所定の反力に達するまでロボット本体１０の先端をねじ１に向かって移動させ、所定の反力が生じている状態にて、ドライバービット２０を回転させるモータ３０を所定の条件で回転させ、所定の条件で回転したモータ３０が停止した状態にて、ねじ１の回転軸方向におけるロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係に基づき、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する機能が記述されている。また、プログラムは、ロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。
【００３１】
プロセッサ５２は、例えば、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。メモリ５３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。または、メモリ５３は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。
【００３２】
上述したロボット本体制御部６０、モータ制御部７０および嵌合判定制御部８０の各機能は、一部が専用のハードウェアによって実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアにより実現されてもよい。このように、処理回路５１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現する。
【００３３】
（嵌合不良によるねじの損傷）
実施の形態１におけるロボットの動作およびロボットによるねじの嵌合方法を説明する前に、前提技術におけるねじの嵌合方法およびねじ１の緩め方法の例を説明する。図５から図９は、ドライバービット２０およびプレート３に締結されたねじ１の断面図である。ねじ１はＺ軸に平行な回転軸を有し、各図はねじ１の回転軸を含むＺＹ平面における断面図である。また、ここでは、ねじ１は、ねじ頭部２に十字穴を有し、ドライバービット２０の先端は、その十字穴と嵌合可能な十字形状を有する。
【００３４】
図５は、ドライバービット２０がねじ１から離れた位置にて、ねじ１に対向する状態を示す図である。ドライバービット２０とねじ頭部２の十字穴とは、Ｚ軸を中心に４５°位相がずれている。
【００３５】
図６は、ドライバービット２０が下降しねじ１に接触した状態を示す図である。ドライバービット２０の先端に位置する斜面２１が、ねじ頭部２の十字穴の左角２ａおよび右角２ｂに接触している。
【００３６】
図７は、図６の状態からドライバービット２０がねじ１を締め付ける方向に回転して停止した状態を示す図である。ドライバービット２０がねじ頭部２の十字穴の左角２ａと接触している。さらに、ドライバービット２０とねじ頭部２の十字穴の底との間に隙間４が発生している。
【００３７】
図８は、図７の状態からドライバービット２０がねじ１を緩める方向に回転した状態を示す図である。ドライバービット２０がねじ頭部２の十字穴の右角２ｂに接触している。さらにねじ１を緩める方向にドライバービット２０が回転すると、ドライバービット２０が接触する右角２ｂ付近に負荷が集中する。その結果、ねじ頭部２の十字穴の右角２ｂが変形してねじ１が損傷する。
【００３８】
図９は、ドライバービット２０とねじ１とが正常に嵌合した状態を示す図であり、ねじ１の損傷を避けるためには、図９に示す状態で、ドライバービット２０が回転することが求められる。
【００３９】
（ロボットによるねじの嵌合方法）
実施の形態１におけるロボットの動作およびロボットによるねじの嵌合方法を説明する。ここでは、ロボットが図１に示すプレート３に締結されたねじ１にドライバービット２０が嵌合したか否かを判定してからねじ１を緩める例を説明する。図１０は実施の形態１におけるロボットの動作およびロボットによるねじの嵌合方法を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１にて、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０が取り付けられたロボット本体１０の先端をねじ１に向かって移動させる。より詳細には、まず、ロボット本体制御部６０は、図５に示すように、ドライバービット２０がねじ１から離れた位置にてねじ１に対向するよう、ドライバービット２０が取り付けられたロボット本体１０をねじ１の上空に移動させる。ここでは、ドライバービット２０とねじ頭部２の十字穴とは、Ｚ軸を中心に４５°位相がずれている。そして、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０をねじ１に近づける方向に移動させる。つまりロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０を−Ｚ方向に下降させる。図６に示すように、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０をねじ１に押し付ける。ドライバービット２０とねじ頭部２の十字穴との位相がずれているため、ドライバービット２０の先端に位置する斜面２１が、ねじ頭部２の十字穴の左角２ａおよび右角２ｂに接触する。この際、ロボット本体制御部６０は、ドライバービット２０がねじ１に接触することによって生じる反力の計測結果を力覚センサ４０から力覚センサインターフェース１２０を介して入力する。
【００４１】
ステップＳ２にて、ロボット本体制御部６０は、反力が所定の反力に達したか否かを判定する。所定の反力に達している場合、ステップＳ３が実行される。所定の反力に達していない場合、ステップＳ１が再び実行される。つまり、ロボット本体制御部６０は、計測結果の反力が所定の応力に達するまで、ドライバービット２０をねじ１に押し付ける。
【００４２】
ステップＳ３にて、モータ制御部７０は、所定の反力が生じている状態にて、モータ３０を所定の条件で回転させる。実施の形態１において、モータ３０はサーボモータ３１である。モータ制御部７０は、所定の条件としてドライバービット２０に作用するトルクが所定のトルクに達するまでサーボモータ３１を回転させる。所定のトルクは、ねじ１がプレート３に締結されているトルクよりも小さいトルクであることが好ましい。ドライバービット２０に作用するトルクは、サーボモータ３１により計測され、モータ制御部７０は、その計測結果を取得する。モータ制御部７０は、その計測結果に基づきサーボモータ３１の回転を制御する。モータ３０の回転方向は、ねじ１が締まる方向、または、緩める方向のいずれであってもよい。以下、モータ３０がねじ１を締め付ける方向に回転することを正回転、緩める方向に回転することを逆回転という。ここでは、ドライバービット２０は正回転し、その回転速度は例えば１０ｒｐｍである。
【００４３】
ステップＳ４にて、モータ制御部７０は、モータ３０が所定の条件で回転した後、停止したか否かを判定する。実施の形態１において、モータ制御部７０は、サーボモータ３１が所定のトルクに達するまで回転した後、停止したか否かを判定する。停止している場合、ステップＳ５が実行される。停止していない場合、ステップＳ４が繰り返し実行される。停止の際、モータ制御部７０は、ねじ１にトルクを加えた状態でサーボモータ３１を停止させてもよいし、所定のトルクよりも小さなトルクを加えて停止させてもよいし、トルクをゼロにして停止させてもよい。
【００４４】
ステップＳ５にて、嵌合判定制御部８０は、ねじの回転軸方向におけるロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係が所定の位置関係を満たすか否かを判定する。つまり、嵌合判定制御部８０は、ねじの回転軸方向におけるドライバービット２０とねじ１との位置関係が所定の位置関係を満たすか否かを判定する。嵌合判定制御部８０は、ロボット本体制御部６０からロボット本体１０の先端の位置座標を取得して、所定の位置関係を満たすか否かを判定する。例えば、嵌合判定制御部８０は、ロボット本体１０の先端の位置座標に基づき、ねじ１に対するロボット本体１０の高さを算出し、所定の位置関係を満たすか否かを判定する。ねじ１に対するロボット本体１０の高さ、つまりねじ１に対するドライバービットの高さが所定の位置関係を満たす場合、嵌合判定制御部８０はドライバービット２０がねじ頭部２の十字穴の奥に到達し、ドライバービット２０とねじ１とが嵌合していると判断する。所定の位置関係とは、例えば、その高さが所定の高さ以下であること等である。例えば、ステップＳ３にて、ドライバービット２０がねじ１に押し付けられた状態で適切に回転する場合、図９に示すように、ドライバービット２０の先端はねじ頭部２の十字穴に嵌合する。一方で、その高さが所定の位置関係を満たさない場合、例えば、その高さが所定の高さよりも高い場合、ドライバービット２０とねじ頭部２の十字穴との間には隙間が発生している。例えばドライバービット２０の回転速度が速すぎる場合には、図７に示すようにドライバービット２０は、ねじ頭部２の十字穴の斜面に倣わず十字穴の左角２ａと接触する。そして、ドライバービット２０の先端とねじ頭部２の十字穴の底との間には、隙間４が発生する。隙間４が生じることにより、高さが所定の位置関係を満たさないため、嵌合判定制御部８０は嵌合不良と判断する。
【００４５】
ロボット本体１０の先端の位置とねじ１との位置関係が所定の位置関係を満たしていると嵌合判定制御部８０が判定した場合、ロボットによるねじの嵌合方法は終了する。ただし、実施の形態１においては、図１０に示すように、続いて実行されるロボットによるねじの緩め方法として、ステップＳ８が実行される。所定の位置関係を満たしていないと嵌合判定制御部８０が判定した場合、ステップＳ６が実行される。
【００４６】
ステップＳ６にて、ロボット本体制御部６０は、ロボット本体１０の先端をねじ１から遠ざける方向に移動させる、つまりロボット本体１０の先端を上昇させる。
【００４７】
ステップＳ７にて、モータ制御部７０は、ドライバービット２０をモータ３０によって所定の角度だけ回転させて停止させる。所定の角度とは、例えば１０°〜３０°の範囲のいずれかの角度である。回転方向は、正回転もしくは逆回転のいずれであってもよい。その後、再び、ステップＳ１が実行される。
【００４８】
以上のように、ロボットは、ドライバービット２０に作用するトルクとねじ１に対するドライバービット２０の位置とから嵌合不良を判定する。ドライバービット２０がねじ頭部２の奥まで入りきらない状態で停止した場合には、所定の位置関係が満足されないため、ロボットはドライバービット２０とねじ１とが嵌合したと判断することはない。よって、ロボットが、その状態で、ねじ１緩め動作に移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。
【００４９】
さらにステップＳ８にて、モータ制御部７０がねじ１を緩める方向にモータ３０を回転させることにより、ねじ１が緩められる。上記のステップＳ１からステップＳ７にて、確実にねじ１とドライバービット２０とが嵌合しているので、このステップＳ８において、ドライバービット２０がねじ１を潰すことはない。さらに、吸着機構１１０がねじ１を吸着してねじ１を取り上げる。なお、ドライバービット２０がねじ１に接触した後から、ねじ１の取り上げ直前まで、所定の反力が発生するようにロボット本体制御部６０は、ロボット本体１０の先端の位置を制御する。
【００５０】
ステップＳ５にて、嵌合判定制御部８０が嵌合不良であると判定した後、再びステップＳ３が実行される際に、モータ制御部７０は１回目よりもドライバービット２０の回転速度を落として回転させてもよい。または、ステップＳ５にて、嵌合判定制御部８０が嵌合不良であると判定した後、ステップＳ６およびステップＳ７を省略して、再びステップＳ１を実行する。そして、ステップＳ３にて、モータ制御部７０は１回目よりもドライバービット２０の回転速度を落として回転させてもよい。
【００５１】
（効果）
以上をまとめると、実施の形態１におけるロボットは、ねじ１にドライバービット２０が嵌合しているか判定してからねじ１を緩める作業が可能なねじ緩め装置としての機能を有するロボットであって、先端が移動可能なロボット本体１０と、ロボット本体１０の先端に設けられたドライバービット２０と、ドライバービット２０を回転させるモータ３０と、ドライバービット２０がねじ１に接触することにより生じる反力を計測する力覚センサ４０と、力覚センサ４０から入力する反力の計測結果に基づき、反力が所定の反力に達するまでロボット本体１０の先端をねじ１に向かって移動させるロボット本体制御部６０と、所定の反力が生じている状態にて、モータ３０を所定の条件で回転させるモータ制御部７０と、所定の条件で回転したモータ３０が停止した状態にて、ねじ１の回転軸方向におけるロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係に基づき、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する嵌合判定制御部８０と、を含む。
【００５２】
このような構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。
【００５３】
実施の形態１におけるロボットのモータ３０は、サーボモータ３１を含む。モータ制御部７０は、所定の条件として、ドライバービット２０に作用するトルクが所定のトルクに達するまでサーボモータ３１を回転させる。
【００５４】
このような構成により、ロボットは、トルク制御によりドライバービット２０とねじ１との嵌合動作を行うことができる。
【００５５】
実施の形態１におけるロボットのモータ制御部７０は、嵌合判定制御部８０の判定結果に基づき、ねじ１を緩める方向にモータ３０を回転させる。
【００５６】
このような構成により、ロボットは、ドライバービット２０とねじ１とが確実に嵌合した状態で、ねじ１を潰すことなく緩める。
【００５７】
実施の形態１におけるロボットによるねじ１の嵌合方法は、ねじ１を緩める作業が可能なねじ緩め装置としての機能を有するロボットが含むロボット本体１０の先端に設けられたドライバービット２０とねじ１とを嵌合させるねじの嵌合方法であって、先端が移動可能なロボット本体１０の先端に設けられたドライバービット２０がねじ１に接触することにより生じる反力を計測する力覚センサ４０から入力する反力の計測結果に基づき、反力が所定の反力に達するまでロボット本体１０の先端をねじ１に向かって移動させ、所定の反力が生じている状態にて、ドライバービット２０を回転させるモータ３０を所定の条件で回転させ、所定の条件で回転したモータ３０が停止した状態にて、ねじ１の回転軸方向におけるロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係に基づき、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する。
【００５８】
以上の構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。
【００５９】
実施の形態１におけるロボットによるねじの嵌合方法において、モータ３０は、サーボモータ３１を含む。所定の条件として、ドライバービット２０に作用するトルクが所定のトルクに達するまでサーボモータ３１を回転させる。
【００６０】
このような構成により、ロボットは、トルク制御によりドライバービット２０とねじ１との嵌合動作を行うことができる。
【００６１】
実施の形態１におけるロボットによるねじの嵌合方法は、ドライバービット２０とねじ１とが嵌合していない判定結果に基づき、ロボット本体１０の先端をねじ１から遠ざける方向に移動させ、ドライバービット２０をモータ３０によって所定の角度だけ回転させ、再度、反力が所定の反力に達するまでロボット本体１０の先端をねじ１に向かって移動させ、モータ３０を所定の条件で回転させ、モータ３０が停止した状態にてドライバービット２０とねじ１と位置関係に基づき、ドライバービット２０とねじ１との嵌合を判定する。
【００６２】
このような構成により、ロボットは、ドライバービット２０がねじ頭部２の奥まで入りきらない状態では、嵌合が良好であるとの判定を行うことなく、嵌合動作を繰り返す。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。
【００６３】
＜実施の形態２＞
実施の形態２におけるロボットおよびロボットによるねじの嵌合方法を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。
【００６４】
（装置構成）
実施の形態２において、モータ３０は速度制御モータである。モータ制御部７０は、所定の条件として、所定の回転速度で速度制御モータを回転させる。回転速度は、速度制御モータにより計測され、モータ制御部７０がその計測結果を取得する。モータ制御部７０は、その計測結果に基づき速度制御モータの回転を制御する。
【００６５】
（ロボットによるねじの嵌合方法）
図１０に示すフローチャートのステップＳ３において、モータ制御部７０は、所定の反力が生じている状態にて、速度制御モータを所定の条件で回転させる。モータ制御部７０は、所定の条件として、所定の回転速度で速度制御モータを回転させる。モータ制御部７０は、所定の回転速度として、ねじ１を緩める速度よりも低速度でねじ１が緩まる方向に速度制御モータを回転させる。回転速度は、速度制御モータにより計測され、モータ制御部７０がその計測結果を取得する。モータ制御部７０は、その計測結果に基づき速度制御モータの回転を制御する。
【００６６】
ステップＳ４にて、モータ制御部７０は、速度制御モータが所定の条件で回転した後、停止したか否かを判定する。速度制御モータが回転することにより、ドライバービット２０の先端は、ねじ頭部２の十字穴の斜面に接触しながら十字穴の底に接触する。また、ドライバービット２０の斜面２１は、ねじ頭部２の十字穴の左斜面に接触する。これにより、ドライバービット２０の回転が妨げられる。その結果、速度制御モータの回転が停止する。モータ制御部７０は、回転速度の計測結果を取得し、速度制御モータが停止したことを検知する。モータ制御部７０は、嵌合判定部に停止完了信号を出力する。
【００６７】
ステップＳ５にて、嵌合判定制御部８０は、停止完了信号を受け取ると、ロボット本体１０の先端とねじ１との位置関係が所定の位置関係を満たすか否かを判定する。判定方法は、実施の形態１と同様である。嵌合判定制御部８０は、嵌合していると判定した場合、モータ制御部７０に速度制御モータを逆回転させる指令（信号）を出力する。
【００６８】
ステップＳ８にて、モータ制御部７０は、信号を受け取ると、速度制御モータを上記の所定の速度よりも速い速度で逆回転させて、ドライバービット２０に嵌合されたねじ１の緩め動作を行う。
【００６９】
（効果）
以上をまとめると、実施の形態２におけるロボットのモータ３０は、速度制御モータを含む。モータ制御部７０は、所定の条件として、所定の回転速度で速度制御モータを回転させる。
【００７０】
このような構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。サーボモータ３１よりも安価な速度制御モータが搭載されるため、ロボットの低コスト化が可能である。
【００７１】
実施の形態２におけるロボットによるねじの嵌合方法において、モータ３０は、速度制御モータを含む。所定の条件として、所定の回転速度で速度制御モータを回転させる。
【００７２】
このような構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。サーボモータ３１よりも安価な速度制御モータが搭載されるため、ロボットの低コスト化が可能である。
【００７３】
＜実施の形態３＞
実施の形態３におけるロボットおよびロボットによるねじの嵌合方法を説明する。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。
【００７４】
（装置構成）
図１１は、実施の形態３におけるロボットの構成を示す図である。図１１において、モータの図示は省略されている。実施の形態３において、モータはＺ軸を中心に回転するロボット本体１０を駆動する関節駆動モータである。ドライバービット２０は、その関節駆動モータの回転軸にドライバービット２０の回転軸が一致するよう設けられている。つまり、モータは、ドライバービット２０の回転軸と同軸にて回転するロボット本体１０を回転させることによってドライバービット２０を回転させる。
【００７５】
また、実施の形態３におけるロボットに設けられる力覚センサ４０は、反力だけでなく、力覚センサ４０を中心に作用するモーメント荷重つまりトルクを計測する。力覚センサ４０は、ドライバービット２０の回転軸と同軸に設けられる。
【００７６】
図１２は、実施の形態３におけるロボットの構成を示すブロック図である。関節駆動モータであるモータ３０はロボット本体１０に含まれており、モータ制御部７０はロボット本体制御部６０に含まれている。
【００７７】
（ロボットによるねじの嵌合方法）
図１０に示すフローチャートにおいて、実施の形態３におけるステップＳ１およびステップＳ２は、実施の形態１と同様である。
【００７８】
ステップＳ３にて、ロボット本体制御部６０のモータ制御部７０は、所定の反力が生じている状態にて、関節駆動モータを所定の条件で回転させる。モータ制御部７０は、所定の条件として、力覚センサ４０から入力するトルクの計測結果が所定のトルクに達するまで関節駆動モータを回転させる。ここでは、回転方向は、ねじ１を締める方向、すなわち正回転である。
【００７９】
ステップＳ４にて、モータ制御部７０は、関節駆動モータが所定の条件で回転した後、停止したか否かを判定する。ステップＳ３における制御により、ドライバービット２０の斜面２１がねじ頭部２の十字穴の左斜面に接触し、ドライバービット２０の回転が停止する。この際、力覚センサ４０は、Ｚ軸を中心にドライバービット２０に作用するトルクを計測する。モータ制御部７０は、計測結果が所定のトルクに達している場合、ロボット本体１０の回転動作を停止させる、つまり関節駆動モータを停止させる。
【００８０】
ステップＳ５以降は、実施の形態１の動作と同様である。
【００８１】
なお、ステップＳ８において、ロボットがロボット本体１０の可動回転角度に制限を有する場合、モータ制御部７０はその回転角度の上限に達した段階で回転を停止させ、ロボット本体制御部６０がドライバービット２０を上昇させる。モータ制御部７０は、ねじ１を締める方向にロボット本体１０を回転させる。ロボットは、その後、ステップＳ１からステップＳ８までの動作を繰り返して、ねじ１の緩め動作を行う。
【００８２】
以上をまとめると、実施の形態２におけるロボットの力覚センサ４０は、ドライバービット２０の回転軸と同軸に設けられ、ドライバービット２０に作用するトルクを計測する。モータは、ドライバービット２０の回転軸と同軸にて回転するロボット本体１０を回転させることによってドライバービット２０を回転させる。モータ制御部７０は、所定の条件として、力覚センサ４０から入力するトルクの計測結果が所定のトルクに達するまでモータを回転させる。
【００８３】
このような構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。また、ドライバービット２０の回転に、ロボット本体１０を駆動するためのモータが使用されるため、ロボットの低コスト化が可能である。
【００８４】
実施の形態２におけるロボットによるねじの嵌合方法は、モータは、ドライバービット２０の回転軸と同軸にて回転するロボット本体１０を回転させることによってドライバービット２０を回転させ、所定の条件として、ドライバービット２０の回転軸と同軸に設けられドライバービット２０に作用するトルクを計測する力覚センサ４０から入力するトルクの計測結果が、所定のトルクに達するまでモータを回転させる。
【００８５】
このような構成により、ロボットはドライバービット２０とねじ１との嵌合不良を未然に防止する。ロボットは、嵌合不良の状態で、ねじ１の緩め動作には移行しないため、ねじ頭部２を潰すことがない。また、ドライバービット２０の回転に、ロボット本体１０を駆動するためのモータが使用されるため、ロボットの低コスト化が可能である。
【００８６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００８７】
１  ねじ、１０  ロボット本体、２０  ドライバービット、３０  モータ、４０  力覚センサ、５０  制御装置、６０  ロボット本体制御部、７０  モータ制御部、８０  嵌合判定制御部。
【図１】
2019084636.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019084636.tif 000009
【図８】
2019084636.tif 000010
【図９】
2019084636.tif 000011
【図１０】
2019084636.tif 000012
【図１１】
2019084636.tif 000013
【図１２】
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